一种获得TC21钛合金不同片层厚度的热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种获得高性能钛合金不同层次组织的热处理方法，把双相钛合金锻态棒料加工成板状，使用热模拟试验机进行热处理。本发明专利技术用钛合金为航空航天用TC4钛合金，在加热到β相变点以上温度，以10个冷却速率获得不同片层厚度α组织及其晶粒度，以及其对应的相关力学性能。不仅为材料加工过程提供有利的条件，还为最终制品提供其所需的性能。

A Thermal Treatment Method for Obtaining Different Thicknesses of TC21 Titanium Alloy Laminates

The invention discloses a heat treatment method for obtaining different layers of high-performance titanium alloy structure. The forged bar of dual-phase titanium alloy is processed into a plate shape, and the heat treatment is carried out by a thermal simulation test machine. The invention uses titanium alloy as TC4 titanium alloy for aerospace, and obtains different lamellar thickness alpha structure, grain size and corresponding mechanical properties at 10 cooling rates at temperatures above the beta transformation point. It not only provides favorable conditions for material processing, but also provides required properties for final products.

【技术实现步骤摘要】
一种获得TC21钛合金不同片层厚度的热处理方法
本专利技术涉及一种钛合金不同片层厚度的热处理方法，特别是一种获得TC21钛合金不同片层厚度的热处理方法。
技术介绍
TC21钛合金是我国西北有色研究院自行研制的高强高韧钛合金，拥有比强度高，低密度，耐热耐蚀以及可焊性良好等优点，目前主要应用航空航天领域。研究发现，魏氏组织的断裂韧性高于等轴组织的断裂韧性。在定温定应变速率下，初始α片层厚度的增加会降低合金的流变应力以及增加合金的应变速率敏感性,而薄片层α更易破碎成细α相。在β锻造后空冷获得的细片层组织结构具有较低的疲劳裂纹扩展速率，而在α+β锻造后空冷得到粗片层组织结构,裂纹扩展速率较快，疲劳裂纹扩展速率随着组织片层厚度的增加而加快。在疲劳裂纹稳态扩展区,裂纹以条带循环机制向前扩展。也有一些研究表明，冷速对TC21合金的片层厚度起决定性作用，并且制约着合金的性能，随冷却速度的增加，α片层厚度逐渐减小，α集束的形态也发生了变化，不同晶粒内的显微组织越来越不均匀。随片层α厚度逐渐减小，TC21合金的显微硬度先上升后下降。一些研究者表明，裂纹在魏氏片层α组织扩展路径曲折，增加了裂纹总长度，裂纹进一步扩展需要消耗更多的能量，而且裂纹分叉多，分散了裂纹尖端的应力场，在破坏过程中吸收的能量大，故魏氏组织的断裂韧性大，裂纹扩展速率小。TC21钛合金组织既影响成型质量，又将直接影响其制品的力学性能和服役寿命。目前世界钛合金的发展趋势是向着高性能化方向发展，开发高性能TC21钛合金的途径有开发制备材料新工艺、合理的热处理手段等。合理的热处理手段不仅可以为材料加工过程提供有利的条件，又可以为最终制品提供其所需的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种获得TC21钛合金不同片层厚度的热处理方法。本专利技术用钛合金为航空航天用TC21钛合金，在加热到β相变点(975±5℃)以上温度(1000℃)，以使用2个冷却速率冷却至室温，以获得不同片层厚度α组织，以及其对应的相关力学性能。不仅为材料加工过程提供有利的条件，还为最终制品提供其所需的性能。本专利技术的技术方案：一种获得TC21钛合金不同片层厚度的热处理方法，把双相钛合金锻态棒料加工成板状，使用相变仪进行热处理。前述的获得TC21钛合金不同片层厚度的热处理方法中，所述的热处理是；将双相钛合金试样加热至1000℃，保温15min后，分别以0.5℃/s,2℃/s冷却至室温。前述的获得TC21钛合金不同片层厚度的热处理方法中，所述的钛合金是TC21钛合金。前述的获得TC21钛合金不同片层厚度的热处理方法中，所述的TC21钛合金的成分质量百分比为：Al：6.47％；Zr：2.28％；Sn：2.18％；Mo：3.23％；Cr：1.51％；Nb：2.11％和Si：0.11％，余量为Ti和不可避免的杂质。有益效果：钛合金的性能主要取决于其显微组织，而合金的显微组织又取决于对合金进行的热处理工艺。合理的热处理手段不仅可以为材料加工过程提供有利的条件，又可以为最终制品提供其所需的性能。因此申请人考虑对本专利技术钛合金进行热处理工艺以使其综合性能更好。根据常识可知，各种热处理处理几乎都需要经过将合金缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。这些步骤几乎是热处理工艺中必不可少的基本手段，同时，任何热处理工艺都必须以本领域的基本理论为依据而不可能违背其基础理论，对于不同的个体产品而言，其技术难点以及创造性就体现在对个体产品的具体工艺参数及细节的筛选上。因此，获得不同片层厚度α组织及其晶粒度，以及其对应的相关力学性能，需要申请人进行大量的试验研究以确定最佳的热处理方式、热处理次数、热处理温度、时间以及冷却速率。本专利技术通过确定不同冷速，以获得不同片层厚度α组织。即本专利技术用钛合金为航空航天用TC21钛合金，在加热到β相变点(975±5℃)以上温度(1000℃)，以使用2个冷却速率冷却至室温，以获得不同片层厚度α组织，以及其对应的相关力学性能。不仅为材料加工过程提供有利的条件，还为最终制品提供其所需的性能。附图说明：图1为1000℃热变形后的TC21钛合金显微组织：(a)0.5℃/s,(c)2℃/s。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步说明。实施例1：一种获得TC21钛合金不同片层厚度的热处理方法：所用合金为TC21钛合金，其成分质量百分比为：Al：6.47％、Zr：2.28％、Sn：2.18％、Mo：3.23％、Cr：1.51％、Nb：2.11％和Si：0.11％，余量为Ti和不可避免的杂质。热处理方法：把以上成分的TC21钛合金锻态棒料加工成板状，使用相变仪加热至1000℃，保温15min后，分别以0.2℃/s,2℃/s冷却至室温。得到的TC21钛合金显微组织见图1。由图1可知，当冷速为0.5℃/s和2℃/s时，片层厚度分别为1.2μm和0.5μm。钛合金中α相的析出过程是一个形核和核长大的过程,合金成分及冷速会直接影响形核的位置、晶核数量以及长大速率。当慢冷时，由于过冷度小而晶界能量较高，在晶界处易先形核，然后向晶内缓慢生长，形成片层较为粗大的α条，此外冷速低，还会伴随网状晶界α的生成。当冷速增加时，α片层尺寸减小。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种获得TC21钛合金不同片层厚度的热处理方法，其特征在于：把双相钛合金锻态棒料加工成板状，使用相变仪进行热处理。

【技术特征摘要】
1.一种获得TC21钛合金不同片层厚度的热处理方法，其特征在于：把双相钛合金锻态棒料加工成板状，使用相变仪进行热处理。2.如权利要求1所述的获得TC21钛合金不同片层厚度的热处理方法，其特征在于：所述的热处理是；将双相钛合金试样加热至1000℃，保温15min后，分别以0.5℃/s,2℃/s冷却至室温。3.如权利要求1或2所述的获得TC21钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧梅桂，梁益龙，梁宇，张松，龙玮，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州,52