一种高断裂韧性的TC18钛合金热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种高断裂韧性的TC18钛合金热处理方法，采用锻态TC18钛合金为原材料，所述锻态TC18钛合金显微组织由β相和等轴α相组成，以β相为基体；包括以下步骤：第一步：单相区加热：将锻态TC18钛合金加热至Tβ+20

【技术实现步骤摘要】
一种高断裂韧性的TC18钛合金热处理方法


[0001]本专利技术涉及合金热处理领域，具体涉及一种TC18钛合金热处理方法。

技术介绍

[0002]TC18钛合金是上世纪60年代开发的一种近β钛合金，其名义成分为Ti
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5Al
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5V
‑
5Mo
‑
1Cr
‑
Fe，属于近β钛合金。近β钛合金是指β稳定元素含量略高于临界浓度的钛合金，该类合金从β相区快速冷却时，可以将高温β相全部保留到室温，得到亚稳定β相，时效过程中从亚稳定β相中析出细小弥散的α相使合金得到强化。在各种类型的可热处理强化的钛合金中，近β钛合金具有最高的强化效应，在退火状态下具有较高强度和良好的淬透性。这些特点使得TC18钛合金非常适合制造飞机大型承力构件。
[0003]热处理工艺对近β钛合金的性能有着重要影响。常见的近β钛合金热处理工艺为双重退火和固溶时效。其中固溶时效工艺可以大幅度提高强度水平，但断裂韧性较低；而双重退火工艺具有较佳的强韧性匹配，例如在TC18钛合金中应用双重退火工艺可在满足强度和塑性的同时将Φ100
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250mm棒材的断裂韧性KIC提高至55
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60MPa
·
m1/2。
[0004]目前钛合金热处理相关的专利文献主要集中在对固溶时效工艺和双重退火处理的精细控制上，如在一种TC18钛合金的热处理方法(CN103924180A)中通过对保温温度、时间和冷却方式的选取，调控合金的微观组织，实现良好的塑性和韧性匹配，实现断裂韧性最高仅为61MPa
·
m1/2。一种钛合金多重固溶时效热处理工艺(CN105908112A)也是通过精确控制钛合金多重固溶时效热处理工艺得到综合性能好的多尺度析出相混合的显微组织。在(CN101429637A)获得具有筏状初生α相的双态组织的双相钛合金热处理方法这一专利中则是控制获得由5
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45％体积分数筏状初生α相与层片状β转变组织组成的双态组织，该组织得到断裂韧性也不高。这些专利中都没有提高一种综合断裂韧性性能超过70MPa
·
m1/2的同时抗拉强度不低于1080MPa的热处理方法。在实际应用中，断裂韧性往往需要提高至更高水平才能满足使用要求，因此提出一种高断裂韧性的近β钛合金热处理方法显的尤为重要。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题是，提供一种TC18钛合金热处理工艺，本专利技术处理后的TC18钛合金具有满足需求的材料强度，而且能够提供显著高于传统双重退火和固溶时效工艺的断裂韧性。
[0006]本专利技术的技术方案是，一种高断裂韧性的TC18钛合金热处理方法，
[0007]采用锻态TC18钛合金为原材料，所述锻态TC18钛合金显微组织由β相和等轴α相组成，以β相为基体；
[0008]包括以下步骤：
[0009]第一步：单相区加热
[0010]将锻态TC18钛合金加热至Tβ+20
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250℃保温0.5h
‑
6h；
[0011]第二步：缓冷和时效
[0012]以1
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20℃/min的冷却速度冷却至500
‑
600℃保温3
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8h，冷却至室温；经过热处理后，形成粗针α相和细针α相构成的网篮组织。
[0013]锻态TC18的化学成分一般在热处理前是已知的，符合GBT 3620.1
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2016钛及钛合金牌号和化学成分即可；显微组织是指热处理之前的原始状态。
[0014]Tβ指的是钛合金的β相变点，一般钛合金在某温度(800
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1050℃)之上为全β相，之下时逐渐开始β相向α相的转变，如果Tβ是1000℃，Tβ+20℃指的是钛合金的β相变点以上20℃，即1020℃。
[0015]根据本专利技术的一种高断裂韧性的TC18钛合金热处理方法，优选的是，所述锻态TC18钛合金的化学成分为Ti
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5Al
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5Mo
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5V
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1Cr
‑
1Fe。
[0016]根据本专利技术的一种高断裂韧性的TC18钛合金热处理方法，优选的是，所述锻态TC18钛合金显微组织中原始β晶粒尺寸在50μm
‑
900μm之间。
[0017]根据本专利技术的一种高断裂韧性的TC18钛合金热处理方法，优选的是，所述显微组织为等轴α+转变β组织，等轴α尺寸在3
‑
12μm之间。
[0018]所述锻态TC18样品室温下显微组织为α+β组织，是指同时存在α相和β相，两者的主要区别在于晶体结构不同，因此具有不同的性质和性能，等轴可以近似认为越圆等轴度就越高，在晶粒上不同方向拉线测量，长度越一致就越圆，等轴度就越高，转变β指的是由于温度降低，发生β转变为α但未完全发生转化的组织。
[0019]进一步地，所述锻态TC18钛合金显微组织中原始β晶粒尺寸在150
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400μm之间。
[0020]进一步地，所述锻态TC18钛合金显微组织中原始β晶粒尺寸在150
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250μm之间。
[0021]进一步地，根据原始坯料中原始β晶粒尺寸的不同，热处理后的断裂韧性性能会有所不同。在原始坯料β晶粒尺寸范围内时，将坯料分别加热至Tβ+25
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35℃保温4
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6分钟，在1080
‑
1120℃保温9.5
‑
11.5分钟，在1080
‑
1120℃保温70
‑
90分钟后水淬后可获得平均原始β晶粒尺寸分别为200
±
20μm、400
±
40μm、800
±
80μm的单相区组织。
[0022]分别在Tβ+25
‑
35℃，1080
‑
1120℃，1080
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1120℃保温不同的时间后可得到后面所述的三种不同的原始β晶粒尺寸。
[0023]更优选的是，将坯料分别加热至Tβ+25
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35℃保温4
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6分钟，在1090
‑
1110℃保温9.5
‑
11.5分钟，在1090
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1110℃保温70
‑
90分钟后水淬后可获得平均原始β晶粒尺寸分别为200
±
20μm、400
±
40μm、800
±
80μm的单相区组织。
[0024]根据本专利技术的一种高断裂韧性的TC18钛合金热处理方法，优选的是，所述第二步保温后，以1
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20℃/s的冷却速度冷却至室温；或者，所述第二步保温后，空冷至室温。
[0025]进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高断裂韧性的TC18钛合金热处理方法，其特征在于：采用锻态TC18钛合金为原材料，所述锻态TC18钛合金显微组织由β相和等轴α相组成，以β相为基体；热处理包括以下步骤：第一步：单相区加热将锻态TC18钛合金加热至Tβ+20
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250℃保温0.5h
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6h；第二步：缓冷和时效以1
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20℃/min的冷却速度冷却至500
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600℃保温3
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8h，冷却至室温；经过热处理后，形成粗针α相和细针α相构成的网篮组织。2.根据权利要求1所述的一种高断裂韧性的TC18钛合金热处理方法，其特征在于：所述锻态TC18钛合金的化学成分为Ti
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5Al
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5Mo
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5V
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1Cr
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1Fe。3.根据权利要求1所述的一种高断裂韧性的TC18钛合金热处理方法，其特征在于：所述锻态TC18钛合金显微组织中原始β晶粒尺寸在50μm
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900μm之间。4.根据权利要求1所述的一种高断裂韧性的TC18钛合金热处理方法，其特征在于：所述显微组织为等轴α+转变β组织，等轴α尺寸在3
‑
12μm之间。5.根据权利要求3所述的一种高断裂韧性的TC18钛合金热处理方法，其特征在于：所述锻态TC18钛合金显微组织中原始β晶粒尺寸在150
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400μm之间。6.根据权利要求3所述的一种高断裂韧性的TC18钛合金热处理方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁晨，孟庆通，朱峰，闵新华，洪凌翔，
申请(专利权)人：宝武特冶钛金科技有限公司，
类型：发明
国别省市：