大型钛合金构件喷淋式热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种大型钛合金构件的热处理方法，包括：1）先将大型钛合金构件加热到500℃~650℃，保温10

【技术实现步骤摘要】
大型钛合金构件喷淋式热处理方法


[0001]本专利技术涉及钛合金领域，尤其是涉及一种钛合金的热处理方法，特别是一种大型钛合金构件喷淋式热处理方法。

技术介绍

[0002]钛合金依靠其高强度、低密度、高模量、耐腐蚀等性能是现代航空航天等高端工业最为重要的结构材料之一，大型钛合金结构件的制备能力是一个国家国防实力的重要指标，随着现代工业的发展，国防大型装备极大的依赖钛合金大型整体构件。而钛合金构件从制备到加工再到应用，热处理是影响构件性能最为重要的环节之一。合适的热处理工艺能够调控钛合金组织，进而将构件性能调控到需要的指标。钛合金依靠组织可分为等轴组织、双态组织、网篮组织以及魏氏组织四种传统组织。不同组织具备各异的性能特点。随着航空工业的发展，损伤容限性能逐渐成为了衡量构件最为重要的性能指标。而传统钛合金典型组织都难以满足高损伤容限的要求，需面向高损伤容限性能开发一种新型的热处理方式。对于钛合金大型构件，由于构件各个区域厚度差异很大，其钛合金导热系数很低，进而导致构件不同区域温度变化速率差异较大，从而导致试样不同区域组织与性能差异较大。因此，研发一种针对钛合金大型整体构件的、能显著提高其组织均匀性及其损伤容限性能的新型热处理方式，具有重要的意义和应用前景。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于，提供一种面向大型钛合金整体构件的、基于双重退火热处理提高损伤容限性能的整体均匀性的双相钛合金的新型热处理方法。该方法通过新型的喷淋方式热处理，通过对构件不同厚度区域调整冷却液体流速，实时对构件温度进行监控进而使整体构件各个区域冷却速率一致，得到组织与性能均匀的构件。
[0004]本专利技术的技术方案具体为，一种大型钛合金构件的热处理方法，包括：1）先将大型钛合金构件加热到500℃~650℃，保温10
‑
20min；再将大型钛合金构件加热到β相变点以下150℃保温10
‑
15分钟；2）随后大型钛合金构件再加热到β相变点以下15
‑
30℃保温1
‑
2小时；3）随后将大型钛合金构件移出热处理炉进行喷淋式温度控制降温处理，整体冷却过程需将冷却速率控制在10~30℃/s；4）随后再将大型钛合金构件加热到600℃~700℃进行退火处理，保温1~3小时，随后冷却到室温。
[0005]进一步优选的，所述喷淋式温度控制降温处理，具体为，首先，将大型钛合金构件取出热处理炉在空气中冷却1
‑
3分钟，得到需要的组织；随后对大型钛合金构件表面应用温度为室温的水使用喷头进行喷淋，在形成厚度的两个表面上设置喷头，依据大型钛合金构件不同区域截面厚度设定喷头的喷淋的流速以及喷淋的时间分两段进行喷淋处理，其中第一段喷淋处理时，每（100~300）
×
（100~300）mm2的表面积的水流通量为Q1，单位为公升/秒，
第二段喷淋处理的水流通量为Q2，且Q2=bQ1，b为1.5
‑
2.2。
[0006]进一步优选的，所述依据大型钛合金构件不同区域截面厚度设定喷淋的流速以及喷淋的时间，具体为，区域厚度与水流通量依据如下公式进行计算：Q1=ch2，其中 c为150~400，h为大型钛合金构件的截面厚度，单位为m，所述截面厚度为截面内最小距离；第一段的喷淋时间t与所述截面厚度依据如下公式计算：t=ah，a为500~800，t的单位为秒。
[0007]进一步优选的，通过工业温度测温仪对大型钛合金构件温度进行实时监控，并反馈控制喷淋的流速和喷淋的时间，确保冷速保持在控制范围内。
[0008]进一步优选的，步骤4）中冷却到室温时，对于截面厚度为0
‑
60mm，选用空冷方式冷却；对于横截面大于60mm的构件，选用风冷方式冷却。
[0009]进一步优选的，在步骤1）之前先测定钛合金的β相变点，具体为，首先，将需热处理的大型钛合金构件不同的3
‑
5个部位切割出若干小块，放入热处理炉内分别在钛合金手册中的参考相变点
±
30℃温度范围内以5℃为间隔设置热处理炉温度加热1
‑
2小时，随后水冷淬火得到若干处理试样，对所述若干处理试样的金相组织进行观察并统计每个试样内部的残余α相体积分数，当残余α相达到15%
‑
30%时，该试样的热处理温度为β相变点。
[0010]进一步优选的，所述大型钛合金构件的原始组织为网篮组织或魏氏组织。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：提出一种新型喷淋方式热处理，通过对构件不同厚度区域调整冷却液体流速，实时对构件温度进行监控进而使整体构件各个区域冷却速率一致，得到组织与性能均匀的构件。最终得到了心部与外部兼具相同尺寸与数量根须状α相以及β转变组织的特殊双态组织的构件，构件由于提高了α相的比表面积以及得到了更细小的α相，能够更为有效的抑制与阻碍裂纹的萌生与长大，进而使得到的钛合金大型构件相比传统热处理后的钛合金，组织具备更高的均匀性且具备更高的抗疲劳裂纹扩展的能力。
附图说明
[0012]图1是本专利技术中热处理工艺示意图。
[0013]图2是实施例1的表层金相组织照片。
[0014]图3是实施例1的心部金相组织照片。
[0015]图4是对比例1的表层金相组织照片。
[0016]图5是对比例1的心部金相组织照片。
具体实施方式
[0017]以下将以本专利技术实施例为例对技术方案进行具体描述。
[0018]本专专利技术面向大型钛合金整体构件的损伤容限性能的整体均匀性，基于双重退火热处理，提出了一种适用于TA15、TC4、TC4DT、TC11等双相钛合金的新型热处理方法。本专利技术提出的新型热处理方式，主要面向具备原始组织为网篮组织或魏氏组织的大型钛合金整体构件，通过两相区上部热处理，特别是调控升温方式、保温时间、控制冷却速率得到了一种具备根须的初生α相以及β转变组织的特殊的双态组织。而因为在两相区上部，组织对温度变化速率敏感性很高，且钛合金导热系数很低，会导致大型构件心部与表层组织与性能出现较大差异，严重影响试样性能均匀性。本专利技术提出的新型喷淋方式热处理，通过对构件不
同厚度区域调整冷却液体流速，实时对构件温度进行监控进而使整体构件各个区域冷却速率一致，得到组织与性能均匀的构件，最终得到了心部与表层兼具相同尺寸与数量根须状α相以及β转变组织的特殊双态组织的构件，构件由于提高了α相的比表面积以及得到了更细小的α相，能够更为有效的抑制与阻碍裂纹的萌生与长大，进而使得到的钛合金大型构件相比传统热处理后的钛合金，组织具备更高的均匀性且具备更高的抗疲劳裂纹扩展的能力。
[0019]本专利技术面向的是原始组织为网篮组织或魏氏组织的双相钛合金，通过两相区上部双级退火热处理得到了具备20%~50%具有根须的初生α相以及β转变组织的特殊的双态组织。通过调控升温速率、保温时间、降温方式得到组织均匀性良好的高损伤容限性能的大型钛合金构件。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型钛合金构件的热处理方法，其特征在于，包括：1）先将大型钛合金构件加热到500℃~650℃，保温10
‑
20min；再将大型钛合金构件加热到β相变点以下150℃保温10
‑
15分钟；2）随后大型钛合金构件再加热到β相变点以下15
‑
30℃保温1
‑
2小时；3）随后将大型钛合金构件移出热处理炉进行喷淋式温度控制降温处理，整体冷却过程需将冷却速率控制在10~30℃/s；4）随后再将大型钛合金构件加热到600℃~700℃进行退火处理，保温1~3小时，随后冷却到室温。2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于：所述喷淋式温度控制降温处理，具体为，首先，将大型钛合金构件取出热处理炉在空气中冷却1
‑
3分钟，得到需要的组织；随后对大型钛合金构件表面应用温度为室温的水使用喷头进行喷淋，在形成厚度的两个表面上设置喷头，依据大型钛合金构件不同区域截面厚度设定喷头的喷淋的流速以及喷淋的时间分两段进行喷淋处理，其中第一段喷淋处理时，每（100~300）
×
（100~300）mm2的表面积的水流通量为Q1，单位为公升/秒，第二段喷淋处理的水流通量为Q2，且Q2=bQ1，b为1.5
‑
2.2。3. 根据权利要求2所述的热处理方法，其特征在于：所述依据大型钛合金构件不同区域截面厚度设定喷淋的流速以...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClC二二F一一八，
申请(专利权)人：北京煜鼎增材制造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：