一种高性能超细晶异构亚稳β钛合金制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能超细晶异构亚稳β钛合金制备方法，涉及异质结构亚稳态钛合金技术领域，本发明专利技术方法通过多道次室温轧制和部分再结晶退火工艺制备了超细晶异质结构材料，这种超细晶异质结构微观组织包括再结晶超细晶区和未再结晶区，所述再结晶超细晶区和未再结晶区组成比例为20.0％～30.0％：70.0％～80.0％；其屈服强度为600.0～950.0MPa，极限抗拉强度可达1000.0～1200.0MPa，延展性可达10.0％～20.0％，这权衡了强度与延展性，获得了高强度的同时具有较好的延展性。了高强度的同时具有较好的延展性。了高强度的同时具有较好的延展性。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能超细晶异构亚稳
β
钛合金制备方法


[0001]本专利技术涉及异质结构亚稳态钛合金
，具体涉及一种高性能超细晶异构亚稳β钛合金制备方法。

技术介绍

[0002]亚稳β钛合金具有低杨氏模量、高延展性以及优异的冷加工性能等特点，是航空航天和武器装备等领域重要的轻量化结构材料。然而，与传统的α和α+β钛合金相比，相对较低的强度阻碍了亚稳态β钛合金的商业应用，并且随着新一代民用大型客机以及远程战略轰炸机的发展，对亚稳β钛合金提出了更高的要求，开发具有高强度和良好延展性的下一代亚稳态β钛合金是最近材料研究的前沿。
[0003]亚稳β钛合金决定了β相的亚稳特性，变形过程中存在相变诱导塑性(TRIP效应)的倾向，而非仅滑移，利用TRIP效应已经被证实可提高加工硬化率和延展性，但仅依靠TRIP效应通常很难以获得高强度。然而传统强化方式的一个内在缺陷是强度
‑
延展性权衡的困境，例如第二相的引入可以提高合金的屈服强度，但会显著损害合金的加工硬化率和延展性，进而制约了结构件的安全服役。
[0004]近年来，许多工作致力于设计不同微观组织结构来克服材料强度
‑
延展性权衡的困境，以获得高强度、高加工硬化率和良好延展性的材料。例如设计具有嵌入超细颗粒基质中的大尺寸薄片异质材料，以及其他复杂的分层结构。与传统均匀相对应的材料相比，具有超细晶异质特征的材料可以表现出高强度、高加工硬化率和良好的延展性，这是因为异质结构利用“软”区(低位错密度部分)和“硬”区(高位错密度部分)在耦合非均匀塑性变形过程中产生的异构变形诱导(HDI)强化效果。
[0005]因此，基于异质结构材料的设计理念，在具有显著TRIP效应的亚稳β钛合金中制备超细晶异构组织耦合HDI强化效应，有望在亚稳β钛合金中实现高强度和优异的延展性。我们在具有显著TRIP效应的亚稳β钛合金中制备超细晶异构组织耦合HDI强化效应，旨在通过晶界强化、位错强化、沉淀强化来提高合金的强度，并维持材料的延展性，然而事实上晶界强化、位错强化、沉淀强化的确可以提高Ti
‑
1023合金的强度，但通常会导致延展性的大量损失，面临强度
‑
延展性权衡的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供一种高性能超细晶异构亚稳β钛合金制备方法，通过创新的结合室温轧制和再结晶退火工艺制备了位错和晶粒尺寸分布异质性的微观组织，这种异质结构微观组织包括再结晶超细晶区和未再结晶区，权衡了强度和延展性，获得了高强度的同时具有优异的延展性，从而解决现有技术中面临强度
‑
延展性矛盾的技术问题。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术提供一种高性能超细晶异构亚稳β钛合金制备方法，所述异构亚稳β钛合金
采用的基材为亚稳β态Ti
‑
1023板材，先在820℃下进行30分钟的固溶处理，然后进行水淬至室温，而后制备过程如下：
[0009](1)在固溶处理的亚稳β态Ti
‑
1023合金上进行电火花加工，获得板状试样；
[0010](2)在室温下进行多道次轧制，轧制到最终厚度为轧制前的20％；
[0011](3)在轧制完成的板上切狗骨头拉伸试样；
[0012](4)将试样在700℃～900℃的条件下保温1～3min；
[0013](5)将热处理后的试样在拉伸机上完成准静态拉伸，拉伸应变率为1
×
10
‑3s
‑1；
[0014](6)将拉断后的试样依次在由粗到细多种规格的砂纸上研磨后，在抛光机上使用SiO2悬浮液进行抛光；
[0015](7)将抛光后的试样进行电解抛光，使用的电解液为60％无水甲醇+30％正丁醇+10％高氯酸，电解的温度为
‑
30℃，电解时间为1～3分钟。
[0016]作为优选地，步骤(1)中，所述板状试样的厚度为5mm。
[0017]作为优选地，步骤(2)中，所述在室温下进行的多道次轧制，其中，每道次板状试样的厚度减少量为试样初始厚度的1％。
[0018]作为优选地，步骤(3)中，所述狗骨头拉伸试样的标距段尺寸为7.5
×
3mm。
[0019]作为优选地，步骤(6)中，所述砂纸的规格依次为500#、800#、1000#、2000#、4000#。
[0020]作为优选地，步骤(6)中，所述SiO2悬浮液中，SiO2的平均粒径为50nm。
[0021]综上所述，相比于现有技术，本专利技术具有如下优点及有益效果：
[0022]本专利技术方法通过多道次室温轧制和部分再结晶退火工艺制备了超细晶异质结构材料，这种异质结构微观组织包括再结晶超细晶区和未再结晶区，所述再结晶超细晶区和未再结晶区组成比例为20.0％～30.0％：70.0％～80.0％；其屈服强度为600.0～950.0MPa，极限抗拉强度可达1000.0～1200.0MPa，延展性可达10.0％～20.0％，这权衡了强度与延展性，获得了高强度的同时具有优异的延展性。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施实例1～7所制备的试样的工程应力应变曲线图；
[0024]图2为本专利技术实施实例1和7所制备的试样的电子背散射图片；
[0025]图3为本专利技术实施实例1所得试样的不同应变下的相转变图；
[0026]图4为本专利技术实施实例1和实例7所得试样的HDI强化值；
[0027]图5为本专利技术实施实例1和实例7所得试样的拉伸断口形貌图。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图以及各实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0029]本专利技术是在亚稳β态Ti
‑
1023板材的基础上进一步加工，加工前，先在820℃下进行30分钟的固溶处理，然后进行水淬至室温，然后通过多道次室温轧制和部分再结晶退火工艺制备了不同的异质结构材料。
[0030]实施例1
[0031]将固溶处理的亚稳β态Ti
‑
1023合金进行电火花加工，获得厚度为～3mm的板状试样，3mm厚的板状试样在室温下进行多道次轧制，每次压下量控制为～0.03mm，最终变形轧制板厚度为～0.6mm；在轧制完的板材上切狗骨头拉伸试样，试样标距段尺寸为～7.5
×
3mm；通过快速退火工艺制备试样，将马弗炉升温到800℃左右(上下温差不超过100℃)，当温度达到800℃时，将狗骨头试样放入马弗炉中，开始计时，2mim后将试样取出并快速放入水中冷却；将快速退火后的HS试样进行单轴拉伸实验(在Instron 3382拉伸试验机上拉伸,将试样两夹持段夹紧，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能超细晶异构亚稳β钛合金制备方法，其特征在于，所述超细晶异构亚稳β钛合金采用的基材为亚稳β态Ti
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1023板材，先在820℃下进行30分钟的固溶处理，然后进行水淬至室温，而后制备过程如下：(1)在固溶处理的亚稳β态Ti
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1023合金上进行电火花加工，获得板状试样；(2)在室温下进行多道次轧制，轧制到最终厚度为轧制前的20％；(3)在轧制完成的板上切狗骨头拉伸试样；(4)将试样在700℃～900℃的条件下保温1～3min；(5)将热处理后的试样在拉伸机上完成准静态拉伸，拉伸应变率为1
×
10
‑3s
‑1；(6)将拉断后的试样依次在由粗到细多种规格的砂纸上研磨后，在抛光机上使用SiO2悬浮液进行抛光；(7)将抛光后的试样进行电解抛光，使用的电解液为60％无水甲醇+30％正丁醇+10％高氯酸，电解的温度为
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【专利技术属性】
技术研发人员：马新凯，陆科杰，李家豪，罗胜年，
申请(专利权)人：西南交通大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：