一种对稳定Beta钛合金进行强韧化处理的工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种对稳定Beta钛合金进行强韧化处理的工艺，该工艺采用预扭转变形和时效处理来制备出梯度组织结构稳定Beta钛合金，使其强度从表面到心部呈梯度分布，进而同时获得高的强度和韧性。

A Strengthening and Toughening Process for Stable Beta Titanium Alloy

The invention discloses a process for strengthening and toughening stable Beta titanium alloy. The process uses pre-torsion deformation and aging treatment to prepare gradient structure stable Beta titanium alloy, which makes its strength gradient distribution from the surface to the center, and at the same time obtains high strength and toughness.

【技术实现步骤摘要】
一种对稳定Beta钛合金进行强韧化处理的工艺
本专利技术涉及到钛合金的热处理工艺，具体来说是一种对稳定Beta钛合金进行强韧化处理的工艺。
技术介绍
钛及钛合金具有高的比强度、优异的耐腐蚀性和良好的冷热成形能力等特点，已成为航空航天和海洋工程领域的关键结构材料。随着飞机和舰船的设计向着高速化和远程化发展，同时服役性能向着高可靠和长寿命发展，对钛合金的强度和韧性提出了更高的要求。因此，发展高强高韧钛合金是大型飞机、舰船轻量化设计和服役安全性提升的必然选择。Beta钛合金是最有潜力获得高强高韧的一类钛合金，该类合金经固溶时效处理后，强度可以得到显著提高。在Beta钛合金系列中，有高强度Beta钛合金和稳定Beta钛合金之分，其中，对高强度Beta钛合金进行时效处理，可短时间内从亚稳β相中析出尺寸细小、体积分数高的α相，合金的屈服强度可达1300MPa以上。与高强度Beta钛合金不同，稳定Beta钛合金由于β相自由能低，析出驱动力不足，时效响应较慢，所以短时间时效后的α相体积分数低，且分布不均匀，导致其时效处理后可获得的最大强度较低。目前，为了提高稳定Beta钛合金时效后的强度，主要通过对稳定Beta钛合金进行预拉伸变形+时效处理，可以显著提高合金的α相析出速度、分布均匀性和体积分数，进而显著提高合金的强度水平，并且随着变形量的增加，时效态稳定Beta钛合金的强度逐渐增加。与自由时效工艺相比，虽然预变形时效处理可以显著提高稳定Beta钛合金的强度，但遗憾的是，塑性同时也损失较严重。因此，如何在保持时效态稳定Beta钛合金塑性的条件下，提高合金的强度是学者们研究的重点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种对稳定Beta钛合金进行强韧化处理的工艺，它对稳定Beta钛合金进行预扭转变形和时效处理，解决了稳定Beta钛合金在预变形时效处理后虽然强度提高但是塑性损失严重的问题，在提高稳定Beta钛合金强度的同时有效的保证其塑性。本专利技术实现上述目的采用以下技术方案：一种对稳定Beta钛合金进行强韧化处理的工艺，它采用梯度组织结构设计，通过对稳定Beta进行预扭转变形和时效处理制备出梯度组织结构稳定Beta钛合金，使合金的强度从表面到心部呈梯度分布。一种对稳定Beta钛合金进行强韧化处理的工艺，它的具体步骤如下：1)对稳定Beta钛合金进行固溶处理淬火处理，以获得单相β组织，固溶温度为在α→β相变温度以上10-20℃，保温时间根据试样厚度按1min/mm进行选择，淬火方式为水淬；2)利用扭转试验机对固溶淬火态稳定Beta钛合金进行扭转变形，扭转角度为30-90°，扭转速率为1°/秒；3)对预扭转变形后的稳定Beta钛合金进行时效处理，时效热处理温度为300-500℃，保温时间根据试样厚度按1min/mm进行选择，时效处理后冷却方式为空冷。本工艺流程中，时效处理是对预扭转变形后的固溶淬火态稳定Beta钛合金进行时效处理。由于合金表面受到的变形量最大，所以时效处理后析出的α相体积分数最高，导致该区域时效后的强度最高，但是塑性差，随着从合金表面到心部深度的增加，合金受到的变形量线性减小，时效处理后析出α相的体积分数逐渐减小，导致合金的强度逐渐减小，但是塑性逐渐恢复。本专利技术采用上述技术方案具有以下有益效果：通过对稳定Beta钛合金采用预扭转变形和时效处理相结合的热处理工艺，使稳定Beta钛合金的强度有了很大提升，同时也保证了其足够的塑性，使稳定Beta钛合金强韧化；整体工艺流程相对简单，其中并无复杂的操作流程，使本工艺流程更易于实用。附图说明图1为本强韧化处理工艺的技术路线图。图2为稳定Beta钛合金进行固溶淬火之后的金相组织照片。图3为预扭转变形试样的加工尺寸。图4为稳定Beta钛合金进行预扭转变形+时效处理后的金相组织照片。图5为固溶淬火态和预扭转变形+时效处理后Beta钛合金的拉伸应力-应变曲线。具体实施方式一种对稳定Beta钛合金进行强韧化处理的工艺，它采用梯度组织结构设计，通过对稳定Beta进行预扭转变形和时效处理制备出梯度组织结构稳定Beta钛合金，使合金的强度从表面到心部呈梯度分布。一种对稳定Beta钛合金进行强韧化处理的工艺，它的具体步骤如下：1)对稳定Beta钛合金进行固溶处理淬火处理，以获得单相β组织，固溶温度为在α→β相变温度以上10-20℃，保温时间根据试样厚度按1min/mm进行选择，淬火方式为水淬；2)利用扭转试验机对固溶淬火态稳定Beta钛合金进行扭转变形，扭转角度为30-90°，扭转速率为1°/秒；3)对预扭转变形后的稳定Beta钛合金进行时效处理，时效热处理温度为300-500℃，保温时间根据试样厚度按1min/mm进行选择，时效处理后冷却方式为空冷。下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细说明。以稳定Beta钛合金TB9(Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr)为例，结合图1-4进一步说明该方法的实施过程，对于其他稳定Beta钛合金(如TB3、TB5、β21S等)也可通过该工艺进行强韧化处理。一种对稳定Beta钛合金TB9进行强韧化处理的工艺原理如图1所示，具体主要包括以下步骤：1)对热轧态TB9合金棒在850℃进行保温0.5小时后进行水淬，获得单相β相组织结构，其金相组织照片如图2所示。2)将固溶淬火态TB9合金棒加工成“狗骨头”状扭转试样，如图3所示，在扭转试验机上对扭转试样进行扭转变形，扭转角度为60°，扭转速率为1°/min。该步骤中，通过扭转使合金沿着直径方向获得线性梯度分布的变形量，即随着从表面到心部深度的增加，其产生的预应变量线性减小。3)将预扭转变形后试样在500℃进行0.5小时保温处理后空冷，其截面金相组织照片如图4所示。该步骤中，对预扭转变形后的固溶淬火态合金进行时效处理，由于合金表面受到的变形量最大，所以时效处理后析出的α相体积分数最高，导致该区域时效后的强度最高，但是塑性差，随着从合金表面到心部深度的增加，合金受到的变形量线性减小，时效处理后析出α相的体积分数逐渐减小，导致合金的强度逐渐减小，但是塑性逐渐恢复。因此，稳定Beta钛合金经过预扭转变形+时效处理后，可获得梯度组织结构，从而实现Beta钛合金的强韧化。通过图4可以看出，从试样表面到心部，其析出的α相越来越少，呈梯度分布。如图5所示，通过对固溶态、预拉伸变形时效态和预扭转变形时效态TB9合金的拉伸应力-应变曲线对比发现，预扭转变形+时效处理可以明显强韧化合金。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对稳定Beta钛合金进行强韧化处理的工艺，其特征在于：它采用梯度组织结构设计，通过对稳定Beta进行预扭转变形和时效处理制备出梯度组织结构稳定Beta钛合金，使合金的强度从表面到心部呈梯度分布。

【技术特征摘要】
1.一种对稳定Beta钛合金进行强韧化处理的工艺，其特征在于：它采用梯度组织结构设计，通过对稳定Beta进行预扭转变形和时效处理制备出梯度组织结构稳定Beta钛合金，使合金的强度从表面到心部呈梯度分布。2.根据权利要求1所述的一种对稳定Beta钛合金进行强韧化处理的工艺，它的具体步骤如下：1)对稳定Beta钛合金进行固溶处理和淬火处理，以获得单相β组织，固溶温...

【专利技术属性】
技术研发人员：王启，叶苗，桑彪，王晓，韩汶武，李乐，
申请(专利权)人：黄淮学院，
类型：发明
国别省市：河南,41