一种具有β相柱状晶TC18钛合金的热处理方法技术

本申请实施例提供了一种具有β相柱状晶TC18钛合金的热处理方法，包括：一级热处理过程，用于将具有β相柱状晶TC18钛合金的β相柱状晶转变成β相等轴晶；所述一级热处理过程包括如下步骤：将具有β相柱状晶TC18钛合金放入真空中，以第一升温速度升温至第一温度区间；其中，所述第一温度区间最小的温度值大于具有β相柱状晶TC18钛合金的β相向α相的转变温度点；在第一温度区间进行第一保温时间的保温。本申请实施例解决了采用激光选区熔化技术(SLM)加工的TC18钛合金具有β相柱状晶导致力学存在各向异性以及性能不稳定的技术问题。学存在各向异性以及性能不稳定的技术问题。学存在各向异性以及性能不稳定的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种具有
β
相柱状晶TC18钛合金的热处理方法


[0001]本申请涉及TC18钛合金制造
，具体地，涉及一种具有β相柱状晶TC18钛合金的热处理方法。

技术介绍

[0002]TC18钛合金：名义成分为Ti
‑
5Al
‑
5Mo
‑
5V
‑
1Cr
‑
1Fe。TC18钛合金是一种高强高韧的富β双相钛合金，具有强度高，断裂韧性好，抗腐蚀性能优异等特性，是航空航天中重要的结构材料，广泛应用于飞机机身结构、起落架等部件。
[0003]激光选区熔化技术：又称SLM技术，是一种典型的金属3D打印技术。设备内置有储粉舱、成型舱、光学系统和机械传动系统。在部件加工前，先在设备内部充入高纯的惰性气体，保证内部的氧含量达到ppm级别，即可开始进行加工。在进行部件加工时，储粉舱会上升一个层厚的高度，同时成型舱下降一个层厚的高度，刮刀均匀的将粉末送至成型舱中的加工平台上。由激光器产生的高能激光束(连续/脉冲)在透镜的聚焦下射向振镜，激光在振镜的反射下直接射向粉末层。振镜在模型软件和机械传统的控制下可以不断做角度上的移动，因此激光束就可以在粉末层上选择区域进行烧结。加工时先将TC18钛合金做成球形粉末，再用SLM技术将其烧结成为实体部件。3D打印，即增材制造(Additive Manufacturing，AM)。
[0004]采用SLM技术加工的TC18钛合金部件，由于SLM技术是采用激光点对点烧结TC18钛合金，SLM技术复杂的热效应使得TC18钛合金在凝固过程中长出了粗大的β相柱状晶，这种β相柱状晶使得成型的TC18钛合金存在力学性能的各向异性，不能正常使用。此外，SLM技术中冷却速率极快，使得TC18钛合金中无α相组织析出(α相组织是TC18钛合金中最为重要的相，决定了该合金的力学性能)，因此其强度较低，达不到航空航天标准。
[0005]因此，采用SLM技术加工的TC18钛合金具有β相柱状晶，力学性能存在各向异性和不稳定性，是本领域技术人员急需要解决的技术问题。
[0006]在
技术介绍
中公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此其可能包含没有形成为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。

技术实现思路

[0007]本申请实施例提供了一种具有β相柱状晶TC18钛合金的热处理方法，以解决采用SLM技术加工的TC18钛合金具有β相柱状晶导致力学性能各向异性和不稳定性的技术问题。
[0008]本申请实施例提供了一种具有β相柱状晶TC18钛合金的热处理方法，包括：
[0009]一级热处理过程，用于将具有β相柱状晶TC18钛合金的β相柱状晶转变成β相等轴晶；
[0010]所述一级热处理过程包括如下步骤：
[0011]将具有β相柱状晶TC18钛合金放入真空退火炉中，以第一升温速度升温至第一温度区间；其中，所述第一温度区间最小的温度值大于具有β相柱状晶TC18钛合金的β相向α相
的相转变温度点；
[0012]在第一温度区间进行第一保温时间的保温。
[0013]本申请实施例由于采用以上技术方案，具有以下技术效果：
[0014]一级热处理过程中，首先将具有β相柱状晶TC18钛合金，以第一升温速度升温至第一温度区间，第一温度区间最小的温度值大于具有β相柱状晶TC18钛合金的β相向α相的相转变温度点；即将具有β相柱状晶TC18钛合金升温超过具有β相柱状晶TC18钛合金的β相向α相的相转变温度点，使得β相柱状晶达到了发生等轴化的条件；之后，在第一温度区间进行第一保温时间的保温，保证具有β相柱状晶TC18钛合金的β相柱状晶转变成β相等轴晶，且转变的数量较多。本申请实施例的具有β相柱状晶TC18钛合金的热处理方法，通过将具有β相柱状晶TC18钛合金的β相柱状晶转变成β相等轴晶，使得一级热处理过程后的具有β相等轴晶的TC18钛合金基本消除了各向异性，力学性能在各个方向一致性较高，力学性能较为稳定。
附图说明
[0015]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0016]图1为本申请实施例一的具有β相柱状晶TC18钛合金的热处理方法的流程图；
[0017]图2为图1所示的TC18钛合金的热处理方法的一级热处理过程的流程图；
[0018]图3为图1所示的TC18钛合金的热处理方法的二级热处理过程的流程图；
[0019]图4为SLM技术加工的TC18钛合金在沉积方向上的β相柱状晶的金相图；
[0020]图5为图4所示的SLM技术加工的TC18钛合金经实施例二的具有β相柱状晶TC18钛合金的热处理方法处理后在沉积方向上的金相图；
[0021]图6为图5的高倍电子显微镜图；
[0022]图7为实施例二的具有β相柱状晶TC18钛合金的热处理方法的示意图。
[0023]附图标记：
[0024]11β相柱状晶，
[0025]21β相等轴晶，
[0026]31片层形初生α相组织，32针状纳米级的次生α相组织。
具体实施方式
[0027]为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0028]本申请面临的技术问题为：
[0029]如图4所示，SLM技术加工的TC18钛合金具有粗大的β相柱状晶11，这种β相柱状晶使得成型的TC18钛合金存在力学性能的各向异性，导致力学性能不稳定，不能正常使用。图4中的箭头方向为SLM技术加工的TC18钛合金中的沉积方向。
[0030]此外，SLM技术中冷却速率极快，使得TC18钛合金中无α相组织析出(α相组织是
TC18钛合金中最为重要的相，决定了该合金的力学性能)，因此其强度较低，达不到航空航天标准。
[0031]本申请采用了TC18钛合金的热处理方法：
[0032]首先，促使β相柱状晶转变成为β相等轴晶，并抑制其长大，实现了消除或减少β相柱状晶，消除了具有β相等轴晶的TC18钛合金的各向异性，使得力学性能稳定；
[0033]然后，在后续的热处理过程中，析出了双片层的α相组织，使得具有β相等轴晶和双片层α相组织的TC18钛合金强度大幅提高，达到航空航天标准。
[0034]实施例一
[0035]如图1所示，本申请实施例的具有β相柱状晶TC18钛合金的热处理方法，包括：
[0036]步骤S100：一级热处理过程，用于将具有β相柱状晶增材制造TC18钛合金的β相柱状晶转变成β相等轴晶，β相等轴晶21如图5所示，图5中的箭头方向为SLM技术加工的TC1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有β相柱状晶TC18钛合金的热处理方法，其特征在于，包括：一级热处理过程，用于将具有β相柱状晶TC18钛合金的β相柱状晶转变成β相等轴晶；所述一级热处理过程包括如下步骤：将具有β相柱状晶TC18钛合金放入真空中，以第一升温速度升温至第一温度区间；其中，所述第一温度区间最小的温度值大于具有β相柱状晶TC18钛合金的β相向α相的转变温度点；在第一温度区间进行第一保温时间的保温。2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，一级热处理过程之后，还包括：二级热处理过程，用于对具有β相等轴晶的TC18钛合金进行慢速降温处理，析出片层形初生α相组织；二级热处理过程包括如下步骤：析出椭球形初生α相组织过程，用于对具有β相等轴晶的TC18钛合金进行慢速降温析出椭球形初生α相组织；调整为片层形初生α相组织过程，用于对具有β相等轴晶和椭球形初生α相组织的TC18钛合金进行慢速降温，将椭球形初生α相组织调整为片层形初生α相组织。3.根据权利要求2所述的热处理方法，其特征在于，二级处理过程之后还包括：时效处理，用于对具有β相等轴晶和片层形初生α相组织的TC18钛合金进行时效处理，析出针状纳米级的次生α相组织。4.根据权利要求3所述的热处理方法，其特征在于，析出椭球形初生α相组织过程，具体包括如下步骤：将具有β相等轴晶的TC18钛合金以第一降温速度降温至第二温度区间；在所述第二温度区间下，保温第二保温时间；调整为片层形初生α相组织过程的过程，具体包括如下步骤：将具有β相等轴晶和椭球形初生α相组织的TC18钛合金以第二降温速度降温至第三温度区间；在所述第三温度区间下，保温第三保温时间；用惰性气体进行保护，取出经第三保温时间保温的TC18钛合金，在空气中冷却至室温。5.根据权利要求4所述的热处理方法，其特征在于，时效处理具体包括如下步骤：将具有β相等轴晶和片层形初生α相组织的TC18钛合金再次放入真空中，以第二升温速度升温至第四温度区间；其中，所述第四温度区间温度低于所述第三温度区间；在第四温度区间下，保温第四保温时间；保温完毕后，用惰性气体进行保护，取出在空气中空冷至室温，具有β相等轴晶和片层形初生α相组织的TC18钛合金再次析出细小的片层形次生α相组织，形成针状的纳米级的次生α相组织。6.根据权利要求5所述的热处理方法，其特征在于，所述第一升温速度的取值范围为大于等于5℃/min小于等于10℃/min；所述第一温度区间为大于等于885℃小于等于900℃的温度区间；第一保温时间的取值范围为大于等于20min小于等于35min；所述第一降温速度的取值范围大于等于2℃/min小于等于3℃/min；所述第二温度区间为小于等于810℃大于等于800℃的温度区间；所述第二保温时间为30min；所述第二降温速
度的取值大于等于2℃/min小于等于4℃/min；所述第三温度区间为大于等于750℃小于等于780℃的温度区间；所述第三保温时间为90min；所述第二升温速度为大于等于...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓浩，文蓉，于金朋，
申请(专利权)人：攀枝花容则钒钛有限公司，
类型：发明
国别省市：