CN101914740A - 一种提高钛合金带材力学性能的热处理方法 - Google Patents

一种提高钛合金带材力学性能的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高钛合金带材力学性能的热处理方法，包括以下步骤：一、第一阶段热处理：采用真空热处理炉对被处理钛合金带材进行第一阶段热处理，加热温度为780～820℃且保温时间为10～20min，冷却方式为真空气淬；二、第二阶段热处理：采用真空热处理炉对经第一阶段热处理后的被处理钛合金带材进行第二阶段热处理，加热温度为460～540℃且保温时间为6～10h，冷却方式为真空炉冷。本发明设计合理、热处理方法简单、操作简便且热处理效果好，处理后所获得钛合金带材的力学性能大幅提高，完全满足航空、航天用TB2钛合金带材高强、高韧、高模量等技术要求。

Description

一种提高钛合金带材力学性能的热处理方法
技术领域
本发明涉及一种亚稳定β型钛合金带材的热处理方法，尤其是涉及一种提高钛合金带材力学性能的热处理方法。
背景技术
TB2钛合金带材制作的星箭解锁装置是卫星在飞行过程中的一个重要部件，它不仅要求带材具有很高的强度和塑性，而且要求带材具有良好的弹性模量，1984年在我国通讯卫星上试用成功。近年来，随着我国航空、航天、通讯事业等的迅猛发展，TB2钛合金带材的需求日趋旺盛，使用要求带材厚度一般为0.4～0.9mm，力学性能为强度大于或等于1230MPa，延伸率大于或等于10％，弹性模量大于或等于105GPa；同时对合金的线膨胀系数以及100℃与-60℃温度条件下的拉伸性能、室温下的冷弯性能等均有一定的要求。但由于TB2合金成分复杂、合金的组织及性能对工艺因素十分敏感，特别是带材产品，加工工艺参数以及最终的热处理技术对其性能及质量的影响非常大，采用传统的热处理工艺技术很难满足TB2钛合金带材高强、高韧与高模量的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种提高钛合金带材力学性能的热处理方法，其设计合理、热处理方法简单、操作简便且热处理效果好，处理后所获得钛合金带材的力学性能大幅提高，能有效解决传统热处理工艺所存在的很难满足TB2钛合金带材高强、高韧与高模量等使用要求的实际问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种提高钛合金带材力学性能的热处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、第一阶段热处理：采用真空热处理炉对被处理钛合金带材进行第一阶段热处理，所述真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为780℃～820℃，保温时间为10min～20min，且保温结束后立即对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却并冷却至室温；所述被处理钛合金带材为TB2钛合金带材且其厚度为0.2mm～0.9mm；
步骤二、第二阶段热处理：采用真空热处理炉对经第一阶段热处理后的钛合金带材进行第二阶段热处理，所述真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为460℃～540℃，保温时间为6h～10h，且保温结束后将钛合金带材随炉冷却至室温。
上述一种提高钛合金带材力学性能的热处理方法，其特征是：步骤一中所述真空热处理炉为真空气淬热处理炉。
上述一种提高钛合金带材力学性能的热处理方法，其特征是：步骤一中所述的对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却时，分两个阶段进行冷却：首先，以不大于105Pa的充气压力向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材快速冷却至100℃～200℃；之后，对氩气的充气压力进行调整且以不大于103Pa的充气压力继续向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材继续冷却至室温。
上述一种提高钛合金带材力学性能的热处理方法，其特征是：步骤一中所述TB2钛合金带材的厚度为0.4mm～0.9mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、设计合理、热处理步骤简单且投入成本低、易于控制。
2、操作简便且实现方便，只需分两个阶段对被处理钛合金带材进行热处理即可，具体而言：第一阶段热处理时，加热温度为780℃～820℃且保温时间为10min～20min，且保温结束后采用真空气淬方式冷却至室温；第二阶段热处理时，加热温度为460℃～540℃且保温时间为6h～10h，且保温结束后采用真空炉冷方法冷却至室温。
3、热处理效果好，处理后所获得钛合金带材的力学性能大幅提高，其抗拉强度Rm≥1230MPa，延伸率A≥10％，弹性模量E≥105GPa，能完全满足我国航空、航天装置的使用要求。
综上所述，本发明设计合理、热处理方法简单、操作简便且热处理效果好，处理后所获得钛合金带材的力学性能大幅提高，能有效解决传统热处理工艺所存在的很难满足TB2钛合金带材高强、高韧与高模量等使用要求的实际问题。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的热处理方法流程图。
具体实施方式
如图1所示的一种提高钛合金带材力学性能的热处理方法，包括以下步骤：
步骤一、第一阶段热处理：采用真空热处理炉对被处理钛合金带材进行第一阶段热处理，所述真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为780℃～820℃，保温时间为10min～20min，且保温结束后立即对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却并冷却至室温；所述被处理钛合金带材为TB2钛合金带材且其厚度为0.2mm～0.9mm。
步骤二、第二阶段热处理：采用真空热处理炉对经第一阶段热处理后的被处理钛合金带材进行第二阶段热处理，所述真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为460℃～540℃，保温时间为6h～10h，且保温结束后将被处理钛合金带材随炉冷却至室温。
实施例1
如图1所示，本实施例中，被处理钛合金带材厚度为0.6mm的TB2钛合金带材，且对厚度为0.6mm的TB2钛合金带材分两个阶段进行热处理。首先，采用真空热处理炉对厚度为0.6mm的TB2钛合金带材进行第一阶段热处理，所述真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为780℃～820℃，保温时间为10min～20min，且保温结束后立即对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却并冷却至室温。具体来说，对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却时(即在加热温度790℃条件下保温12min后)，分两个阶段进行冷却：首先，以不大于105Pa的充气压力向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材快速冷却至190℃；之后，对氩气的充气压力进行调整且以不大于103Pa的充气压力继续向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材继续冷却至室温。
随后，采用真空热处理炉对经第一阶段热处理后的被处理钛合金带材进行第二阶段热处理，所述真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为520℃且保温时间为8h，且保温结束后将被处理钛合金带材随炉冷却至室温，即冷却方式为真空炉冷。
本实施例中，经两个阶段热处理后，提高了TB2钛合金带材的力学性能：所获得TB2钛合金带材的抗拉强度Rm：1230MPa，延伸率A：12.5％，弹性模量E：113GPa。
实施例2
本实施例中，与实施例1不同的是：首先，采用真空热处理炉对厚度为0.6mm的TB2钛合金带材进行第一阶段热处理，真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为800℃且保温时间为10min；且保温结束后立即对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却并冷却至室温。对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却时(即在加热温度800℃条件下保温10min后)，分两个阶段进行冷却：首先，以不大于105Pa的充气压力向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材快速冷却至180℃；之后，对氩气的充气压力进行调整且以不大于103Pa的充气压力继续向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材继续冷却至室温。
随后，采用真空热处理炉对经第一阶段热处理后的被处理钛合金带材进行第二阶段热处理，所述真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为520℃且保温时间为8h，真空度不小于10-3Pa；且保温结束后将被处理钛合金带材随炉冷却至室温。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。
本实施例中，经两个阶段热处理后，提高了TB2钛合金带材的力学性能：所获得TB2钛合金带材的抗拉强度Rm：1230MPa，延伸率A：11.5％，弹性模量E：112GPa。
实施例3
本实施例中，与实施例1不同的是：首先，采用真空热处理炉对厚度为0.7mm的TB2钛合金带材进行第一阶段热处理，真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为800℃且保温时间为12min；且保温结束后立即对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却并冷却至室温。对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却时(即在加热温度800℃条件下保温12min后)，分两个阶段进行冷却：首先，以不大于105Pa的充气压力向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材快速冷却至160℃；之后，对氩气的充气压力进行调整且以不大于103Pa的充气压力继续向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材继续冷却至室温。
随后，采用真空热处理炉对经第一阶段热处理后的被处理钛合金带材进行第二阶段热处理，所述真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为500℃且保温时间为8h，且保温结束后将被处理钛合金带材随炉冷却至室温。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。
本实施例中，经两个阶段热处理后，提高了TB2钛合金带材的力学性能：所获得TB2钛合金带材的抗拉强度Rm：1230MPa，延伸率A：11％，弹性模量E：108GPa。
实施例4
本实施例中，与实施例1不同的是：首先，采用真空热处理炉对厚度为0.8mm的TB2钛合金带材进行第一阶段热处理，真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为810℃且保温时间为12min；且保温结束后立即对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却并冷却至室温。对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却时(即在加热温度810℃条件下保温12min后)，分两个阶段进行冷却：首先，以不大于105Pa的充气压力向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材快速冷却140℃；之后，对氩气的充气压力进行调整且以不大于103Pa的充气压力继续向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材继续冷却至室温。
随后，采用真空热处理炉对经第一阶段热处理后的被处理钛合金带材进行第二阶段热处理，所述真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为480℃且保温时间为8h，且保温结束后将被处理钛合金带材随炉冷却至室温，即冷却方式为真空炉冷。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。
本实施例中，经两个阶段热处理后，提高了TB2钛合金带材的力学性能：所获得TB2钛合金带材的抗拉强度Rm：1240MPa，延伸率A：10.5％，弹性模量E：109GPa。
实施例5
本实施例中，与实施例1不同的是：首先，采用真空热处理炉对厚度为0.9mm的TB2钛合金带材进行第一阶段热处理，真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为810℃且保温时间为14min；且保温结束后立即对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却并冷却至室温。对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却时(即在加热温度810℃条件下保温14min后)，分两个阶段进行冷却：首先，以不大于105Pa的充气压力向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材快速冷却至120℃；之后，对氩气的充气压力进行调整且以不大于103Pa的充气压力继续向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材继续冷却至室温。
随后，采用真空热处理炉对经第一阶段热处理后的被处理钛合金带材进行第二阶段热处理，所述真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为480℃且保温时间为8h，且保温结束后将被处理钛合金带材随炉冷却至室温，即冷却方式为真空炉冷。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。
本实施例中，经两个阶段热处理后，提高了TB2钛合金带材的力学性能：所获得TB2钛合金带材的抗拉强度Rm：1230MPa，延伸率A：11.5％，弹性模量E：109GPa。
实施例6
本实施例中，与实施例1不同的是：首先，采用真空热处理炉对厚度为0.4mm的TB2钛合金带材进行第一阶段热处理，真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为785℃且保温时间为13min；且保温结束后立即对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却并冷却至室温。对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却时(即在加热温度785℃条件下保温13min后)，分两个阶段进行冷却：首先，以不大于105Pa的充气压力向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材快速冷却至130℃；之后，对氩气的充气压力进行调整且以不大于103Pa的充气压力继续向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材继续冷却至室温。
随后，采用真空热处理炉对经第一阶段热处理后的被处理钛合金带材进行第二阶段热处理，所述真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为460℃且保温时间为8h，且保温结束后将被处理钛合金带材随炉冷却至室温，即冷却方式为真空炉冷。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。
实施例7
本实施例中，与实施例1不同的是：首先，采用真空热处理炉对厚度为0.2mm的TB2钛合金带材进行第一阶段热处理，真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为780℃且保温时间为16min；且保温结束后立即对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却并冷却至室温。对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却时(即在加热温度780℃条件下保温16min后)，分两个阶段进行冷却：首先，以不大于105Pa的充气压力向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材快速冷却至100℃；之后，对氩气的充气压力进行调整且以不大于103Pa的充气压力继续向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材继续冷却至室温。
随后，采用真空热处理炉对经第一阶段热处理后的被处理钛合金带材进行第二阶段热处理，所述真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为470℃且保温时间为7h，且保温结束后将被处理钛合金带材随炉冷却至室温，即冷却方式为真空炉冷。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。
实施例8
本实施例中，与实施例7不同的是：首先，采用真空热处理炉对厚度为0.3mm的TB2钛合金带材进行第一阶段热处理，加热温度为780℃且保温时间为18min，真空度不小于10-3Pa。之后，采用真空热处理炉对经第一阶段热处理后的被处理钛合金带材进行第二阶段热处理，加热温度为460℃且保温时间为10h，真空度不小于10-3Pa。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。
实施例9
本实施例中，与实施例8不同的是：首先，采用真空热处理炉对厚度为0.4mm的TB2钛合金带材进行第一阶段热处理，加热温度为780℃且保温时间为20min，真空度不小于10-3Pa。之后，采用真空热处理炉对经第一阶段热处理后的被处理钛合金带材进行第二阶段热处理，加热温度为465℃且保温时间为7h，真空度不小于10-3Pa。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。
实施例10
本实施例中，与实施例5不同的是：首先，采用真空热处理炉对厚度为0.9mm的TB2钛合金带材进行第一阶段热处理，加热温度为815℃且保温时间为11min，真空度不小于10-3Pa；对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却时(即在加热温度815℃条件下保温11min后)，分两个阶段进行冷却：首先，以不大于105Pa的充气压力向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材快速冷却至200℃；之后，对氩气的充气压力进行调整且以不大于103Pa的充气压力继续向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材继续冷却至室温。随后，采用真空热处理炉对经第一阶段热处理后的被处理钛合金带材进行第二阶段热处理，加热温度为530℃且保温时间为7h，真空度不小于10-3Pa。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。
实施例11
本实施例中，与实施例5不同的是：首先，采用真空热处理炉对厚度为0.9mm的TB2钛合金带材进行第一阶段热处理，加热温度为820℃且保温时间为10min，真空度不小于10-3Pa。之后，采用真空热处理炉对经第一阶段热处理后的被处理钛合金带材进行第二阶段热处理，加热温度为540℃且保温时间为6.5h，真空度不小于10-3Pa。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。
实施例12
本实施例中，与实施例1不同的是：首先，采用真空气淬热处理炉对厚度为0.6mm的TB2钛合金带材进行第一阶段热处理，所述真空气淬热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为800℃且保温时间为10min；对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却时(即在加热温度800℃条件下保温10min后)，分两个阶段进行冷却：首先，以不大于105Pa的充气压力向所述真空气淬热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材快速冷却至130℃；之后，对氩气的充气压力进行调整且以不大于103Pa的充气压力继续向所述真空气淬热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材继续冷却至室温。
随后，采用真空气淬热处理炉对经第一阶段热处理后的被处理钛合金带材进行第二阶段热处理，所述真空气淬热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为520℃且保温时间为8h。本实施例中，其余热处理方法和步骤均与实施例1相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种提高钛合金带材力学性能的热处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、第一阶段热处理：采用真空热处理炉对被处理钛合金带材进行第一阶段热处理，所述真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为780℃～820℃，保温时间为10min～20min，且保温结束后立即对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却并冷却至室温；所述被处理钛合金带材为TB2钛合金带材且其厚度为0.2mm～0.9mm；
步骤二、第二阶段热处理：采用真空热处理炉对经第一阶段热处理后的钛合金带材进行第二阶段热处理，所述真空热处理炉内的真空度不小于10-3Pa，加热温度为460℃～540℃，保温时间为6h～10h，且保温结束后将钛合金带材随炉冷却至室温。
2.按照权利要求1所述的一种提高钛合金带材力学性能的热处理方法，其特征在于：步骤一中所述真空热处理炉为真空气淬热处理炉。
3.按照权利要求1或2所述的一种提高钛合金带材力学性能的热处理方法，其特征在于：步骤一中所述的对被处理钛合金带材进行真空气淬冷却时，分两个阶段进行冷却：首先，以不大于105Pa的充气压力向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材快速冷却至100℃～200℃；之后，对氩气的充气压力进行调整且以不大于103Pa的充气压力继续向所述真空热处理炉内充入氩气，并将被处理钛合金带材继续冷却至室温。
4.按照权利要求1或2所述的一种提高钛合金带材力学性能的热处理方法，其特征在于：步骤一中所述TB2钛合金带材的厚度为0.4mm～0.9mm。
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