一种双相钛合金的热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种双相钛合金的热处理方法，包括如下步骤：在T

【技术实现步骤摘要】
一种双相钛合金的热处理方法


[0001]本专利技术涉及一种双相钛合金的热处理方法，具体涉及一种能够细化双相钛合金组织、提高双相钛合金塑性的双相钛合金热处理方法。

技术介绍

[0002]钛合金具有比强度高、耐蚀、耐热性强等优点，在航空航天、医疗、化工等领域中的应用越来越广泛。随着钛合金应用领域的不断拓展，对高强度高塑性钛合金的需求和要求不断提高。根据组织类型，钛合金可分为α型、近α型、α+β型、β型等不同类型。其中，α+β型双相钛合金兼具α型钛合金和β型钛合金的特点，可热处理强化，可焊性较好，综合力学性能良好，是应用最广泛的钛合金类型。然而，α+β型双相钛合金强度和塑性匹配不足，特别是室温塑性较差，加工过程中容易开裂。以目前用量最大的Ti6Al4V(TC4)双相钛合金为例，其延伸率通常不足10％。提升双相钛合金塑性、改善强塑性匹配，是制备高性能双相钛合金仍面临的挑战。
[0003]研究者采用多种强化手段，提高钛合金的强度。如采用合金化的方法，添加Mo、Cr、V、Ta、Mn、Fe、Al等元素，调整元素含量配比，利用合金元素的固溶强化及其对钛合金相变的影响，使钛合金强度提高；如采用固溶+时效处理，产生第二相析出，可强化钛合金材料；再如利用形变复合热处理工艺，使形变和热处理发生耦合，调控钛合金组织状态，改变不同物相的含量、形态、尺寸、分布等。
[0004]针对钛合金塑性不足问题，超塑性加工是大幅改善钛合金塑性的有效方式，但钛合金超塑性条件十分苛刻，对温度、应变速率有特殊要求，一般仅应用于特殊钛合金构件的加工。目前实际生产中主要通过优化退火工艺实现，如采用双重退火，对钛合金塑性有较大改善。
[0005]上述方式虽能在不同程度上改善双相钛合金的强度和塑性，但对于严苛环境下服役的双相钛合金构件，其塑性仍然不够理想，特别是对钼当量较低的双相钛合金而言更为明显。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：针对现有工艺制备的双相钛合金室温塑性不足的问题，本专利技术提供一种双相钛合金的热处理方法。
[0007]技术方案：本专利技术所述的一种双相钛合金的热处理方法，包括如下步骤：
[0008]1)动态相变细化：在T
β
‑
30℃～T
β
的温度下对双相钛合金进行塑性变形，所述T
β
为β相转变温度；
[0009]2)等轴化处理：将步骤1)所得钛合金在两相区中高温段T
β
‑
100℃～T
β
‑
30℃保温后空冷；
[0010]3)元素再分配处理：将步骤2)所得钛合金在两相区低温段T
β
‑
250℃～T
β
‑
200℃保温后水淬；
[0011]4)冷变形：对步骤3)所得钛合金在室温下变形处理，单次变形量5～10％；
[0012]5)β逆转变处理：将冷变形后的钛合金加热到T
β
‑
200℃～T
β
‑
100℃，保温后空冷；
[0013]6)β稳定化处理：将步骤5)所得钛合金加热到T
β
‑
350℃～T
β
‑
250℃，保温后水淬；
[0014]7)循环进行步骤4)～6)；
[0015]8)界面偏聚处理：将上述步骤得到的钛合金加热到T
β
‑
250℃～T
β
‑
200℃，保温后空冷。
[0016]作为优选的，步骤1)中，塑性变形的应变速率小于1s
‑1。进一步的，塑性变形的变形量不低于50％。
[0017]步骤2)中，等轴化处理的保温时间优选为1～3h。
[0018]步骤3)中，元素再分配处理的保温时间优选为0.5～1h。
[0019]步骤5)中，β逆转变处理的保温时间优选为1～2h。
[0020]步骤6)中，β稳定化处理的保温时间优选为0.5～1h。
[0021]较优的，步骤7)中，循环次数不少于3次。
[0022]步骤8)中，界面偏聚处理的保温时间为15～30min。
[0023]专利技术原理：本专利技术通过各步骤之间相互关联、共同作用实现了细化双相钛合金组织、提高双相钛合金塑性的效果，各步骤的作用具体如下：
[0024]动态相变细化：在两相区高温段变形，通过控制变形温度和应变速率，产生形变增强β
→
α相变效应，诱导形成大量细小的α相，产生动态相变细化晶粒的效果；其中，变形温度需要严格控制在T
β
‑
30℃～T
β
，应变速率需要严格控制在1s
‑1以下，变形量不低于50％。变形温度过高或过低、应变速率过大，均不会产生形变增强β
→
α相变效应，无动态相变细化效果。
[0025]等轴化处理：对热变形样品进行等轴化处理，通过严格控制处理温度在两相区中高温段，即T
β
‑
100℃～T
β
‑
30℃，得到等轴状或块状β相，为后续元素再分配处理和冷变形做好必要的组织准备。不同形态β相对元素再分配处理获得的亚稳β相性质及随后的冷变形有重要影响：与长条状或片状β相相比，等轴状或块状β相经元素再分配处理后，在冷变形过程中才会产生TRIP效应，对塑性提升有利。
[0026]元素再分配处理：等轴化处理后，在两相区低温段进一步进行等温处理，使合金元素在α、β两相重新分配，获得亚稳态的块状或等轴状β相。元素再分配处理温度需要控制在T
β
‑
250℃～T
β
‑
200℃，冷却方式为水淬：温度过低，元素不会发生扩散和重新分配；温度过高，不能获得亚稳β相；冷却方式采用空冷或炉冷，也难以得到亚稳β相。
[0027]冷变形：元素再分配处理后获得的亚稳β相在冷变形过程中发生马氏体转变，产生相变诱发塑性效应(TRIP)，提高双相钛合金加工硬化能力，进而提高其塑性。同时，冷变形产生高密度位错，使钛合金组织细化。单次变形量需控制在5～10％，以匹配元素再分配处理获得的亚稳β相数量，使其充分转变，同时提升加工塑性和生产效率。
[0028]β逆转变处理：冷变形后亚稳β相大部分转变为马氏体，且β相或马氏体产生高密度位错，导致TRIP效应消失，钛合金加工硬化能力微弱，塑性较低。采用β逆转变处理，使β转变组织发生逆转变，重新形成β相，并消除内部位错，恢复钛合金加工硬化能力；同时，β逆转变处理还会导致形变组织发生再结晶，使晶粒细化。β逆转变处理温度需控制在T
β
‑
200℃～T
β
‑
100℃：温度过低，β相仍残余位错，稳定性较高，不利于恢复β相的TRIP效应；温度过高，α晶
粒粗化，β相尺寸长大，同样对TRIP效应和塑性不利。
[0029]β稳定化处理：β逆转变处理获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双相钛合金的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：1)动态相变细化：在T
β
‑
30℃～T
β
的温度下对双相钛合金进行塑性变形，所述T
β
为β相转变温度；2)等轴化处理：将步骤1)所得钛合金在两相区中高温段T
β
‑
100℃～T
β
‑
30℃保温后空冷；3)元素再分配处理：将步骤2)所得钛合金在两相区低温段T
β
‑
250℃～T
β
‑
200℃保温后水淬；4)冷变形：对步骤3)所得钛合金在室温下变形处理，单次变形量5～10％；5)β逆转变处理：将冷变形后的钛合金加热到T
β
‑
200℃～T
β
‑
100℃，保温后空冷；6)β稳定化处理：将步骤5)所得钛合金加热到T
β
‑
350℃～T
β
‑
250℃，保温后水淬；7)循环进行步骤4)～6)；8)界面偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雪峰，刘子霖，李旭敏，方峰，蒋建清，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：