CN105177480B - 一种热处理制备具有混合组织的bt25y钛合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热处理制备具有混合组织的BT25Y钛合金的方法，该方法为：一、采用到温装炉的加热方式对在相变点温度以下锻造得到的BT25Y钛合金进行第一固溶处理，然后空冷至室温；二、采用到温装炉的加热方式对BT25Y钛合金进行第二固溶处理，然后空冷至室温；三、采用到温装炉的加热方式对BT25Y钛合金进行时效处理，然后空冷至室温，得到具有混合组织的BT25Y钛合金。本发明能够有效的控制BT25Y钛合金中初生α相、次生α相和时效α相的含量和尺寸，获得的BT25Y钛合金具有可控、多态的混合组织，有效协调不同性能对BT25Y钛合金组织的折中要求，满足航空发动机整体叶盘锻件对BT25Y钛合金综合力学性能要求。

Description

一种热处理制备具有混合组织的BT25Y钛合金的方法
技术领域
本发明属于钛合金材料制备技术领域，具体涉及一种热处理制备具有混合组织的BT25Y钛合金的方法。
背景技术
BT25Y钛合金是前苏联在BT25(Ti-6.5Al-2Sn-1.7Zr-2Mo-1W-0.2Si)钛合金的基础上，提高了Mo、Zr元素的含量，发展的一种高性能两相钛合金，其名义成分为Ti-6.5Al-2Sn-4Zr-4Mo-1W-0.2Si，可以长期在500℃～550℃的高温环境中使用。由于提高了Mo、Zr合金元素的含量，相比于BT25钛合金，合金的强韧性、持久蠕变强度和疲劳性能得到显著提高，同时热加工性能得到提高。因为具有优异的高温、室温综合力学性能，该合金是目前航空发动机压气机转子的理想材料。
随着热加工技术的发展，目前发动机的转子通常采用整体叶盘，这对合金整体叶盘锻件的组织提出了更高的要求，既要满足轮盘的高温蠕变强度，又要满足叶盘的疲劳强度。而这些不同性能对应的组织的要求往往具有无法协调性，所以需要发展一种可控特殊的混合组织，这种混合组织具有某种的折中性，可以兼顾合金的室温强度、室温塑性、高温蠕变强度、热稳定性能和断裂韧性等综合力学性能，满足航空发动转子件对合金综合力学性能要求。
目前，针对该合金的热处理工艺基本都采用传统的固溶加时效的热处理工艺，这种传统的热处理工艺无法有效控制次生α相的尺寸和含量，仅能获得一种双态或等轴的传统组织，对合金综合力学性能调整非常有限。
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，提供一种热处理制备具有混合组织的BT25Y钛合金的方法，该方法能够有效的控制BT25Y钛合金中初生α相、次生α相和时效α相的含量和尺寸，获得的BT25Y钛合金具有可控、多态的混合组织，有效协调不同性能对BT25Y钛合金组织的折中要求，满足航空发动机整体叶盘锻件对BT25Y钛合金综合力学性能要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种热处理制备具有混合组织的BT25Y钛合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用到温装炉的加热方式对在相变点温度以下锻造得到的BT25Y钛合金进行第一固溶处理，然后空冷至室温；所述第一固溶处理的温度为945℃～955℃，保温时间为2h～3h；所述BT25Y钛合金为在相变点温度以下锻造得到的BT25Y钛合金；
步骤二、采用到温装炉的加热方式对步骤一中经第一固溶处理后的BT25Y钛合金进行第二固溶处理，然后空冷至室温；所述第二固溶处理的温度为920℃～930℃，保温时间为2h～3h；
步骤三、采用到温装炉的加热方式对步骤二中经第二固溶处理后的BT25Y钛合金进行时效处理，然后空冷至室温，得到具有混合组织的BT25Y钛合金。
上述的一种热处理制备具有混合组织的BT25Y钛合金的方法，其特征在于，步骤一中所述第一固溶处理的温度为945℃～950℃，保温时间为2h～2.5h。
上述的一种热处理制备具有混合组织的BT25Y钛合金的方法，其特征在于，步骤二中所述第二固溶处理的温度为925℃～930℃，保温时间为2h～2.5h。
上述的一种热处理制备具有混合组织的BT25Y钛合金的方法，其特征在于，步骤三中所述时效处理的温度为580℃～600℃，保温时间为6h～8h。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的实施对象是针对在相变点温度以下锻造得到的BT25Y钛合金，该BT25Y钛合金的显微组织为双态组织或等轴组织，本发明采用特殊的近β相变点温度的双重固溶加时效的热处理工艺，能够有效的控制BT25Y钛合金中初生α相、次生α相和时效α相的含量和尺寸，获得的BT25Y钛合金具有可控、多态的混合组织，有效协调不同性能对BT25Y钛合金组织的折中要求，满足航空发动机整体叶盘锻件对BT25Y钛合金综合力学性能要求。
2、本发明中对在相变点温度以下锻造得到的BT25Y钛合金进行第一固溶处理，可以有效控制BT25Y钛合金中初生α相含量在15％～20％的范围内，该范围内的初生α相含量是保证合金具有优异的室温强度、室温塑性、高温蠕变、热稳定性能和断裂韧性的最优含量范围；且第一固溶处理后采用空气冷却的冷却方式，保证冷却过程中产生的主要是针片α相，而非马氏体α′相或α″相，而且针片状α相呈一定集束排列，可以有效的阻止裂纹扩展。
3、本发明中对经第一固溶处理后的BT25Y钛合金进行第二固溶处理，可以有效的使第一固溶处理后冷却过程中产生的集束状排列的针片状α相长大成为一定尺寸的片层状α相，同时，该第二固溶温度条件可以保证片层α相的含量在10％～15％，达到有效控制次生α相形态、尺寸和含量的效果。
4、本发明中优选采用580℃～600℃的时效温度，可以有效的使第二固溶处理后残留的β相分解为细片层α相，既保障了合金在550℃以下使用环境中具有良好的组织稳定性，又保障了合金具有良好的室温强度和塑性。
5、相对于传统的固溶加时效的热处理工艺，本发明采用相变点以下的双重固溶加时效的热处理工艺，第一固溶处理可以有效的控制合金中初生α相的含量和尺寸，第二固溶处理可以控制合金中次生α相的含量、尺寸和形态，时效处理能够控制时效α相的形态和尺寸，从而形成一种可控的，具有15％～20％初生α相、10％～15％次生片层α相和65％～75％时效β转变组织的混合组织，这种混合组织使钛合金具有优异的综合力学性能。
本发明中BT25Y钛合金中初生α相、次生α相和时效β转变组织的含量均为体积百分含量。
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为本发明实施例1热处理后的BT25Y钛合金的显微组织图。
图2为对比例1热处理后的BT25Y钛合金的显微组织图。
图3为本发明实施例2热处理后的BT25Y钛合金的显微组织图。
图4为对比例2热处理后的BT25Y钛合金的显微组织图。
图5为本发明实施例3热处理后的BT25Y钛合金的显微组织图。
图6为本发明实施例4热处理后的BT25Y钛合金的显微组织图。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、采用到温装炉的加热方式对在相变点温度以下锻造得到的BT25Y钛合金进行第一固溶处理，然后空冷至室温；所述第一固溶处理的温度为950℃，保温时间为2.5h；
步骤二、采用到温装炉的加热方式对步骤一中经第一固溶处理后的BT25Y钛合金进行第二固溶处理，然后空冷至室温；所述第二固溶处理的温度为925℃，保温时间为2.5h；
步骤三、采用到温装炉的加热方式对步骤二中经第二固溶处理后的BT25Y钛合金进行时效处理，然后空冷至室温，得到具有混合组织的BT25Y钛合金；所述时效处理的温度为590℃，保温时间为7h。
对比例1
本对比例包括以下步骤：
步骤一、采用到温装炉的加热方式对在相变点温度以下锻造得到的BT25Y钛合金进行第一固溶处理，然后空冷至室温；所述固溶处理的温度为950℃，保温时间为2.5h；
步骤二、采用到温装炉的加热方式对步骤一中经固溶处理后的BT25Y钛合金进行时效处理，然后空冷至室温，得到具有双态组织的BT25Y钛合金；所述时效处理的温度为590℃，保温时间为7h。
从图1中可以看出，经实施例1中双重固溶处理+时效处理后的BT25Y钛合金为典型的具有多态的混合组织:17％初生α相+13％片层次生α相+70％时效β转变组织，从图2中可以看出，经对比例1中传统的固溶处理+时效处理后的BT25Y钛合金则为双态组织，对比可以看到，实施例1的热处理工艺能够对BT25Y钛合金中的初生α相、次生α相和时效β转变组织的含量和形态进行有效控制，获得的BT25Y钛合金为由等轴初生α相，一定厚度次生片层α相和针状时效β转变组织构成的混合组织，该混合组织状态下BT25Y钛合金的力学性能与采用传统热处理工艺处理得到的BT25Y钛合金相比，室温强度和塑性没有降低，高温强度、蠕变和断裂韧性均得到提高，主要力学性能对比测试结果见表1。
表1
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、采用到温装炉的加热方式对在相变点温度以下锻造得到的BT25Y钛合金进行第一固溶处理，然后空冷至室温；所述第一固溶处理的温度为950℃，保温时间为2h；
步骤二、采用到温装炉的加热方式对步骤一中经第一固溶处理后的BT25Y钛合金进行第二固溶处理，然后空冷至室温；所述第二固溶处理的温度为930℃，保温时间为2h；
步骤三、采用到温装炉的加热方式对步骤二中经第二固溶处理后的BT25Y钛合金进行时效处理，然后空冷至室温，得到具有混合组织的BT25Y钛合金；所述时效处理的温度为580℃，保温时间为6h。
对比例2
本对比例包括以下步骤：
步骤一、采用到温装炉的加热方式对在相变点温度以下锻造得到的BT25Y钛合金进行第一固溶处理，然后空冷至室温；所述固溶处理的温度为950℃，保温时间为2h；
步骤二、采用到温装炉的加热方式对步骤一中经固溶处理后的BT25Y钛合金进行时效处理，然后空冷至室温，得到具有双态组织的BT25Y钛合金；所述时效处理的温度为580℃，保温时间为6h。
从图3中可以看出，经实施例2中双重固溶处理+时效处理后的BT25Y钛合金为典型的具有多态的混合组织:17％初生α相+10％片层次生α相+73％时效β转变组织，从图4中可以看出，经对比例2中传统的固溶处理+时效处理后的BT25Y钛合金则为双态组织：17％初生α相+83％β转变组织，对比可以看到，实施例2的热处理工艺能够对BT25Y钛合金中的初生α相、次生α相和时效β转变组织的含量和形态进行有效控制，获得的BT25Y钛合金为由等轴初生α相，一定厚度次生片层α相和针状时效β转变组织构成的混合组织，该混合组织状态下BT25Y钛合金的力学性能与采用传统热处理工艺处理得到的BT25Y钛合金相比，室温强度和塑性没有降低，高温强度、蠕变和断裂韧性均得到提高，主要力学性能对比测试结果见表2。
表2
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、采用到温装炉的加热方式对在相变点温度以下锻造得到的BT25Y钛合金进行第一固溶处理，然后空冷至室温；所述第一固溶处理的温度为955℃，保温时间为2h；
步骤二、采用到温装炉的加热方式对步骤一中经第一固溶处理后的BT25Y钛合金进行第二固溶处理，然后空冷至室温；所述第二固溶处理的温度为930℃，保温时间为2h；
步骤三、采用到温装炉的加热方式对步骤二中经第二固溶处理后的BT25Y钛合金进行时效处理，然后空冷至室温，得到具有混合组织的BT25Y钛合金；所述时效处理的温度为600℃，保温时间为6h。
从图5中可以看出，经实施例3中双重固溶处理+时效处理后的BT25Y钛合金为典型的具有多态的混合组织:15％初生α相+10％片层次生α相+75％时效β转变组织，该混合组织状态下BT25Y钛合金的力学性能测试结果见表3。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、采用到温装炉的加热方式对在相变点温度以下锻造得到的BT25Y钛合金进行第一固溶处理，然后空冷至室温；所述第一固溶处理的温度为945℃，保温时间为3h；
步骤二、采用到温装炉的加热方式对步骤一中经第一固溶处理后的BT25Y钛合金进行第二固溶处理，然后空冷至室温；所述第二固溶处理的温度为920℃，保温时间为3h；
步骤三、采用到温装炉的加热方式对步骤二中经第二固溶处理后的BT25Y钛合金进行时效处理，然后空冷至室温，得到具有混合组织的BT25Y钛合金；所述时效处理的温度为580℃，保温时间为8h。
从图6中可以看出，经实施例4中双重固溶处理+时效处理后的BT25Y钛合金为典型的具有多态的混合组织:20％初生α相+15％片层次生α相+65％时效β转变组织，该混合组织状态下BT25Y钛合金的力学性能测试结果见表3。
实施例5
本实施例包括以下步骤：
步骤一、采用到温装炉的加热方式对在相变点温度以下锻造得到的BT25Y钛合金进行第一固溶处理，然后空冷至室温；所述第一固溶处理的温度为945℃，保温时间为2h；
步骤二、采用到温装炉的加热方式对步骤一中经第一固溶处理后的BT25Y钛合金进行第二固溶处理，然后空冷至室温；所述第二固溶处理的温度为930℃，保温时间为2h；
步骤三、采用到温装炉的加热方式对步骤二中经第二固溶处理后的BT25Y钛合金进行时效处理，然后空冷至室温，得到具有混合组织的BT25Y钛合金；所述时效处理的温度为590℃，保温时间为7h。
经实施例5中双重固溶处理+时效处理后的BT25Y钛合金为典型的具有多态的混合组织:20％初生α相+10％片层次生α相+70％时效β转变组织，该混合组织状态下BT25Y钛合金的力学性能测试结果见表3。
实施例6
本实施例包括以下步骤：
步骤一、采用到温装炉的加热方式对在相变点温度以下锻造得到的BT25Y钛合金进行第一固溶处理，然后空冷至室温；所述第一固溶处理的温度为947℃，保温时间为2.3h；
步骤二、采用到温装炉的加热方式对步骤一中经第一固溶处理后的BT25Y钛合金进行第二固溶处理，然后空冷至室温；所述第二固溶处理的温度为928℃，保温时间为2.2h；
步骤三、采用到温装炉的加热方式对步骤二中经第二固溶处理后的BT25Y钛合金进行时效处理，然后空冷至室温，得到具有混合组织的BT25Y钛合金；所述时效处理的温度为590℃，保温时间为7h。
经实施例6中双重固溶处理+时效处理后的BT25Y钛合金为典型的具有多态的混合组织:18％初生α相+12％片层次生α相+70％时效β转变组织，该混合组织状态下BT25Y钛合金的力学性能测试结果见表3。
表3
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 (3)

1.一种热处理制备具有混合组织的BT25Y钛合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用到温装炉的加热方式对在相变点温度以下锻造得到的BT25Y钛合金进行第一固溶处理，然后空冷至室温；所述第一固溶处理的温度为945℃～955℃，保温时间为2h～3h；
步骤二、采用到温装炉的加热方式对步骤一中经第一固溶处理后的BT25Y钛合金进行第二固溶处理，然后空冷至室温；所述第二固溶处理的温度为920℃～930℃，保温时间为2h～3h；
步骤三、采用到温装炉的加热方式对步骤二中经第二固溶处理后的BT25Y钛合金进行时效处理，然后空冷至室温，得到具有混合组织的BT25Y钛合金；所述时效处理的温度为580℃～600℃，保温时间为6h～8h。
2.按照权利要求1所述的一种热处理制备具有混合组织的BT25Y钛合金的方法，其特征在于，步骤一中所述第一固溶处理的温度为945℃～950℃，保温时间为2h～2.5h。
3.按照权利要求1所述的一种热处理制备具有混合组织的BT25Y钛合金的方法，其特征在于，步骤二中所述第二固溶处理的温度为925℃～930℃，保温时间为2h～2.5h。
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