一种超高强度钛合金的时效冲温控制方法技术

本发明专利技术公开了一种超高强度钛合金的时效温度控制方法，该方法是在超高强度钛合金完成β单相区固溶后，在时效阶段通过设计双级保温台阶，通过控制一级保温温度和时间，以及一级温度向二级温度的升温速率，可以使得β相缓慢分解析出α相，使得模锻件的相变热在该阶段缓慢释放，进而达到控制锻件温度过冲。本发明专利技术通过时效台阶升温可避免模锻件因为相变潜热使得锻件的时效热处理时实际温度高于设定温度，进而避免锻件α片层长大，保证模锻件的强度。保证模锻件的强度。保证模锻件的强度。

【技术实现步骤摘要】
一种超高强度钛合金的时效冲温控制方法


[0001]本专利技术属于超强钛合金的时效处理领域，具体涉及一种超高强度钛合金的时效冲温控制方法。

技术介绍

[0002]超高强度钛合金是指强度大于1300MPa，并保持较高的塑性和韧性的一种新型钛合金，因其优异的力学性能和抗腐蚀性能，在航空航天中具有重要的应用，是各类大型飞机的结构件的主要材料。
[0003]相对于传统的高强钛合金，超高强度钛合金具有β稳定元素含量高、热物理性质变化大等特点，在时效热处理过程中存在明显的冲温现象，即锻件内部在一段时间内会比炉子设定温度高出0～30℃左右，具体见附图1。冲温现象使得锻件实际的热处理温度控制较难，进而影响锻件内部的组织析出，严重恶化了锻件的强度性能，使得锻件的力学性能不满足标准要求。且这种超高强度钛合金只能进行一次固溶时效热处理，第二次固溶时效时锻件的塑性会大幅度下降，不满足指标要求，导致锻件报废。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种超高强度钛合金的时效温度控制方法，在热处理炉内保证锻件心部的温度与设定温度相当，以保证锻件的力学性能的稳定。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种超高强度钛合金的时效冲温控制方法，包括如下步骤：
[0007](1)在完成β单相区固溶后的超高强度钛合金模锻件的纵横向面的中心开孔，并在孔内安装铠装式热电偶；
[0008](2)先将热处理炉的温度升至一级时效温度，然后放入模锻件，通过铠装式热电偶测量温度，当模锻件的温度达到一级时效温度后保温0.5～4h；一级时效温度为450～500℃；
[0009](3)以升温速率为0.1～2℃/min将温度升至二级时效温度，再根据模锻件的厚度保温2～6h；二级时效温度为520～540℃；
[0010](4)保温后采用空冷冷却至室温。
[0011]进一步地，步骤(2)中所述升至一级时效温度的升温速率为5～20℃/min。
[0012]进一步地，步骤(1)中所述铠装式热电偶被密封在孔内，孔的直径为10mm，孔深为模锻件的有效厚度的1/2。
[0013]本专利技术具有如下有益效果：
[0014](1)通过时效台阶升温可避免模锻件因为相变潜热使得锻件的时效热处理时实际温度高于设定温度，进而避免锻件α片层长大，保证模锻件的强度；
[0015](2)由于超高强度钛合金锻件在时效前是固溶态，因此一级低温时效可以使α相提前开始析出，避免锻件在目标时效温度处快速析出进而放出大量的相变潜热，使得锻件温
度过冲，偏离设定温度；
[0016](3)一级时效向二级时效缓慢升温，可以使锻件在升温过程中保证α相缓慢析出，将相变潜热均匀释放，避免锻件热积累导致温度均匀性差，使得各部位的显微组织析出不一致。
附图说明
[0017]图1为现有技术中模锻件未控制温度与时间图。
[0018]图2是本专利技术模锻件台阶升温温度与时间示意图。
[0019]图3是本专利技术控制时效冲温的热处理工艺示意图。
具体实施方式
[0020]实施例1
[0021]本实施例提供的一种超高强度钛合金的时效冲温控制方法，本实施例采用Ti1300超高强度钛合金，尺寸为1000mm(长)
×
400mm(宽)
×
210mm(厚)，模锻件的重量约300kg，形状为长梁型，具体包括如下步骤：
[0022](1)在完成β单相区固溶后的超高强度钛合金模锻件的纵横向面的中心开孔，孔的尺寸为Φ10
×
1/2厚度，即Φ10
×
105mm，并在孔内安装铠装式热电偶，为测量温度更加准确，将铠装式热电偶密封在孔内，使得铠装式热电偶测量温度为模锻件实时温度。
[0023](2)先将热处理炉的温度以升温速率为10℃/min升至一级时效温度，本实施例的一级时效温度480℃，然后放入模锻件，通过铠装式热电偶测量温度，当模锻件的温度达到一级时效温度后保温2h，让模锻件内部的相变潜热充分释放。
[0024](3)然后以升温速率为2℃/min将一级时效温度升至二级时效温度，二级时效温度为常规时效处理的时效温度，本实施例时效温度取值为530℃，再根据模锻件的厚度保温一定时间，模锻件的厚度越厚其时效时间越长，本实施例二级时效温度保温4h；本实施例在热处理时模锻件入炉前，在时效温度以下设定一个台阶加热一定时间(不影响锻件性能)，在这段时间内模锻件心部的热量完全释放，然后再升到时效温度保温，具体本专利技术控制时效冲温的热处理工艺如图3所示。
[0025](4)保温后采用空冷冷却至室温。
[0026]将本实施例时效处理的模锻件与传统时效处理(直接采用时效温度)处理的模锻件进行力学性能测试，其温度和时间的关系分别如图1和图2所示，从图中可是明显看出原工艺明显有冲温现场，造成模锻件的强度不达标，不符合要求，力学性能测试对比结果如表1所示。
[0027]表1时效热处理用原工艺与本实施例热处理工艺锻件平均力学性能对比
[0028][0029]实施例2
[0030]本实施例提供的一种超高强度钛合金的时效冲温控制方法，本实施例采用Ti1300超高强度钛合金，尺寸为2000mm(长)
×
400mm(宽)
×
120mm(厚)，模锻件的重量约500kg，形状为长条型，具体包括如下步骤：
[0031](1)在完成β单相区固溶后的超高强度钛合金模锻件的纵横向面的中心开孔，孔的尺寸为Φ10
×
60mm，并在孔内安装铠装式热电偶，为测量温度更加准确，将铠装式热电偶密封在孔内，使得铠装式热电偶测量温度为模锻件实时温度。
[0032](2)先将热处理炉的温度以升温速率为5℃/min升至一级时效温度，本实施例的一级时效温度450℃，然后放入模锻件，通过铠装式热电偶测量温度，当模锻件的温度达到一级时效温度后保温3h，让模锻件内部的相变潜热充分释放。
[0033](3)然后以升温速率为1℃/min将一级时效温度升至二级时效温度，二级时效温度为常规时效处理的时效温度，本实施例时效温度取值为520℃，再根据模锻件的厚度保温一定时间，模锻件的厚度越厚其时效时间越长，本实施例二级时效温度保温3h。
[0034](4)保温后采用空冷冷却至室温。
[0035]将本实施例时效处理的模锻件与传统时效处理(直接采用时效温度)处理的模锻件进行力学性能测试，其对比结果如表2所示。
[0036]表2时效热处理用原工艺与本实施例热处理工艺锻件平均力学性能对比
[0037][0038]实施例3
[0039]本实施例提供的一种超高强度钛合金的时效冲温控制方法，本实施例采用Ti1300超高强度钛合金，尺寸为(900(上边)+1500(下边))
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1000mm(高)
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120mm(厚)，模锻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高强度钛合金的时效冲温控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在完成β单相区固溶后的超高强度钛合金模锻件的纵横向面的中心开孔，并在孔内安装铠装式热电偶；(4)先将热处理炉的温度升至一级时效温度，然后放入模锻件，通过铠装式热电偶测量温度，当模锻件的温度达到一级时效温度后保温0.5～4h；一级时效温度为450～500℃；(5)以升温速率为0.1～2℃/min将温度升至二级时效温度，再根据模锻件...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹卫东，邓浩，冯军，李波，谢静，罗恒军，秦锋英，张新全，
申请(专利权)人：中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司，
类型：发明
国别省市：