CN105908112B - 一种钛合金多重固溶时效热处理工艺 - Google Patents

一种钛合金多重固溶时效热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于精确控制的钛合金多重固溶时效热处理工艺。钛合金锻件首先在Tβ‑15℃≤T≤Tβ+15℃保温，保温时间t(min)＝η×δmax，δmax为锻件的最大截面厚度，单位为：mm，η为加热系数，加热系数η的取值为0.2～0.8min/mm；随后出炉空冷或风冷或水冷至室温；然后将冷却后的锻件在Tβ‑25℃≤T≤Tβ‑50℃保温，保温时间t(min)同上述计算公式，加热系数η的取值为0.3～1.2min/mm；随后出炉空冷或风冷或水冷至室温；然后将冷却后的锻件在540℃≤T≤600℃保温，保温时间t为0.5h≤t≤2h；随后出炉空冷至室温；然后将冷却后的锻件在400℃≤T≤540℃保温，保温时间t为4h≤t≤24h；随后出炉空冷至室温。本发明适合用于近β型、亚稳β型和稳态β型超高强韧钛合金热处理，以获得所需的高综合性能的具有多尺度析出相混合的显微组织。

Description

一种钛合金多重固溶时效热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种基于精确控制的钛合金多重固溶时效热处理工艺。
背景技术
过去，在以强度设计和刚度设计思想指导下，钛合金经历了从低强度、中强度到高强度和超高强度的发展历程。在这个发展过程中，钛合金强韧化热处理工艺虽然一直是人们努力的方向，但常规热处理难以解决高强度－高塑性－高断裂韧性等之间的最佳匹配问题。一般的情形是，当获得高强度的情况下(例如采用普通固溶时效强化热处理工艺，即单重固溶时效工艺)，难以同时获得高塑性和高断裂韧性的锻件。在传统设计思路和常规工艺技术条件下，钛合金的高强度/超高强度－高塑性－高韧性的最佳匹配在实际应用中难以突破。因此，为了更好的保证钛合金锻件具有超高强度-高塑性-高韧性的最佳匹配，急需提出一种能精确控制组织的钛合金多重固溶时效热处理工艺。
发明内容
本发明的目的是提出一种解决钛合金同时具有超高强度、高塑性、高断裂韧性的多重固溶时效热处理工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
(1)将钛合金锻件放在已到达设定的加热温度T的电阻炉有效工作区内进行加热，设定的加热温度T为Tβ-15℃≤T≤Tβ+15℃，电阻炉再次到达设定的加热温度后，计算保温时间，保温时间t＝η×δmax，δmax为钛合金锻件的最大截面厚度，单位为：mm，η为加热系数，加热系数η的取值为0.2～0.8min/mm，保温时间t单位为min；
(2)将按步骤(1)保温后的钛合金锻件出炉空冷、水冷或风冷，冷却至室温；
(3)将按步骤(2)冷却后的钛合金锻件放在已到达设定的加热温度T的电阻炉有效工作区内进行加热，设定的加热温度T为Tβ-25℃≤T≤Tβ-50℃，电阻炉再次到达设定的加热温度后，计算保温时间，保温时间t＝η×δmax，δmax为锻件的最大截面厚度，单位为：mm，η为加热系数，加热系数η的取值为0.3～1.2min/mm，保温时间t的单位为min；
(4)将按步骤(3)保温后的钛合金锻件出炉空冷、水冷或风冷，冷却至室温；
(5)将按步骤(4)冷却后的钛合金锻件放在已到达设定的加热温度T的电阻炉有效工作区内进行加热，设定的加热温度T为540℃≤T≤600℃，电阻炉再次到达设定的加热温度后保温，保温时间t为0.5h≤t≤2h；
(6)将按步骤(5)保温后的钛合金锻件出炉空冷，冷却至室温；
(7)将按步骤(6)冷却后的钛合金锻件放在已到达设定的加热温度T的电阻炉有效工作区内中进行加热，加热温度T为400℃≤T≤540℃，炉子再次到达设定的加热温度后保温，保温时间t为4h≤t≤24h；
(8)将按步骤(7)保温后的钛合金锻件出炉空冷，冷却至室温；
所述电阻炉内有效工作区的最大温度偏差不大于±5℃。
本发明具有的优点和有益效果：
本发明与现有的钛合金单重固溶+单重时效热处理工艺不同，该工艺的优点在于采用双重固溶+双重时效的热处理工艺，第一重固溶温度T为Tβ-15℃≤T≤Tβ+15℃，可以使得合金在后续时效过程中获得片层α相，提高合金的断裂韧度；第二重固溶温度T为Tβ-25℃≤T≤Tβ-50℃，可以使得合金获得一定数量的球状α相，提高合金的塑性；第一重时效温度T为540℃≤T≤600℃，可以使得合金析出较粗大的片层组织，获得更高的强度-韧性匹配；第二重时效温度T为400℃≤T≤540℃，可以使得合金析出更加细小的弥散分布的α相，进一步提高合金的强度。采用该工艺可以获得具有球状α相、片层α相、纳米和微米级别α相的显微组织。与采用常规热处理工艺相比，钛合金锻件室温抗拉强度Rm可提高5％以上，同时保证室温延伸率A提高10％以上，断裂韧度KIC提高10％以上，可实现抗拉强度(Rm≥1350MPa)-塑性(A≥9％)-断裂韧度的良好匹配。
该工艺适合用于近β型、亚稳β型和稳态β型超高强韧钛合金热处理，以获得所需的超高强度、高塑性、高韧性的高综合性能的具有多尺度析出相混合的显微组织，满足飞机所需的具有超高强韧性匹配的重要承力结构件。
附图说明
图1是本发明实施例1的TB17钛合金锻件的显微组织20000×。
图2是本发明实施例2的TB8钛合金锻件的显微组织20000×。
具体实施方式
工艺包括以下步骤：
(1)将钛合金锻件放在已到达设定的加热温度T的电阻炉有效工作区内进行加热，设定的加热温度T为Tβ-15℃≤T≤Tβ+15℃，电阻炉再次到达设定的加热温度后，计算保温时间，保温时间t＝η×δmax，δmax为钛合金锻件的最大截面厚度，单位为：mm，η为加热系数，加热系数η的取值为0.2～0.8min/mm，保温时间t单位为min；
(2)将按步骤(1)保温后的钛合金锻件出炉空冷、水冷或风冷，冷却至室温；
(3)将按步骤(2)冷却后的钛合金锻件放在已到达设定的加热温度T的电阻炉有效工作区内进行加热，设定的加热温度T为Tβ-25℃≤T≤Tβ-50℃，电阻炉再次到达设定的加热温度后，计算保温时间，保温时间t＝η×δmax，δmax为锻件的最大截面厚度，单位为：mm，η为加热系数，加热系数η的取值为0.3～1.2min/mm，保温时间t的单位为min；
(4)将按步骤(3)保温后的钛合金锻件出炉空冷、水冷或风冷，冷却至室温；
(5)将按步骤(4)冷却后的钛合金锻件放在已到达设定的加热温度T的电阻炉有效工作区内进行加热，设定的加热温度T为540℃≤T≤600℃，电阻炉再次到达设定的加热温度后保温，保温时间t为0.5h≤t≤2h；
(6)将按步骤(5)保温后的钛合金锻件出炉空冷，冷却至室温；
(7)将按步骤(6)冷却后的钛合金锻件放在已到达设定的加热温度T的电阻炉有效工作区内中进行加热，加热温度T为400℃≤T≤540℃，炉子再次到达设定的加热温度后保温，保温时间t为4h≤t≤24h；
(8)将按步骤(7)保温后的钛合金锻件出炉空冷，冷却至室温；
所述电阻炉内有效工作区的最大温度偏差不大于±5℃。
实施例1：TB17钛合金锻件采用上述多重固溶时效热处理工艺后的显微组织具有球状α相、片层α相、纳米和微米级别的α相，是一种多尺度相混合的显微组织(图1)。力学性能具有超高强度-高塑性-高韧性匹配(表1)。
表1 TB17钛合金锻件力学性能
实施例2：TB8钛合金锻件采用上述多重固溶时效热处理工艺后的显微组织具有球状α相、片层α相、纳米和微米级别的α相，是一种多尺度相混合的显微组织(图2)。力学性能具有超高强度-高塑性-高韧性匹配(表2)。
表2 TB8钛合金锻件力学性能

Claims (1)

1.一种适合用于近β型、亚稳β型和稳态β型超高强韧钛合金多重固溶时效热处理工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将钛合金锻件放在已到达设定的加热温度T的电阻炉有效工作区内进行加热，设定的加热温度T为Tβ-15℃≤T≤Tβ+15℃，电阻炉再次到达设定的加热温度后，计算保温时间，保温时间t＝η×δmax，δmax为钛合金锻件的最大截面厚度，单位为：mm，η为加热系数，加热系数η的取值为0.2～0.8min/mm，保温时间t单位为min；
(2)将按步骤(1)保温后的钛合金锻件出炉空冷、水冷或风冷，冷却至室温；
(3)将按步骤(2)冷却后的钛合金锻件放在已到达设定的加热温度T的电阻炉有效工作区内进行加热，设定的加热温度T为Tβ-25℃≤T≤Tβ-50℃，电阻炉再次到达设定的加热温度后，计算保温时间，保温时间t＝η×δmax，δmax为锻件的最大截面厚度，单位为：mm，η为加热系数，加热系数η的取值为0.3～1.2min/mm，保温时间t的单位为min；
(4)将按步骤(3)保温后的钛合金锻件出炉空冷、水冷或风冷，冷却至室温；
(5)将按步骤(4)冷却后的钛合金锻件放在已到达设定的加热温度T的电阻炉有效工作区内进行加热，设定的加热温度T为540℃≤T≤600℃，电阻炉再次到达设定的加热温度后保温，保温时间t为0.5h≤t≤2h；
(6)将按步骤(5)保温后的钛合金锻件出炉空冷，冷却至室温；
(7)将按步骤(6)冷却后的钛合金锻件放在已到达设定的加热温度T的电阻炉有效工作区内进行加热，加热温度T为400℃≤T≤540℃，炉子再次到达设定的加热温度后保温，保温时间t为4h≤t≤24h；
(8)将按步骤(7)保温后的钛合金锻件出炉空冷，冷却至室温；
所述电阻炉内有效工作区的最大温度偏差不大于±5℃。
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