CN108342670A - 一种zta15钛合金的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钛合金铸造领域，具体涉及一种ZTA15钛合金的热处理方法。本发明将ZTA15钛合金放入真空罩式退火炉中，然后抽真空，真空度抽至0.133Pa以下；160～200min内加热升温至436～464℃，保温70～110min；向内加热罩充入氩气，使内加热罩气压达到90～150mbar；然后100～140min内加热升温至686～714℃，保温110～130min；带罩冷却至480～520℃，然后风冷至180～220℃，水冷至100～140℃，出炉。本发明采用阶梯升温热处理ZTA15钛合金，可以使钛合金受热更加均匀，减少因为加热引入的热应力，可以使铸件表面裂纹的数量大幅降低。
Description
技术领域
本发明属于钛合金铸造领域，具体涉及一种ZTA15钛合金的热处理方法。
背景技术
ZTA15钛合金具有较高的强度、良好的热稳定性，目前主要用于飞机大型结构件及多种军工型号配套的铸件。ZTA15钛合金的名义成分为Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V，属于近α钛合金，可只进行退火热处理，目前采用的退火工艺为真空去应力退火，真空退火处理的ZTA15材料可以进一步消除成分偏析，降低铸件内部焊接残余应力，但由于ZTA15钛合金的热导率与传热系数比铝合金和钢低很多，在热处理的加热及冷却过程中，铸件的截面上会形成较大的温差，从而引入热应力，该热应力与焊接残余应力叠加后会形成过高的残余应力，导致铸件在退火过程中在焊点区域易形成裂纹。
常规ZTA15钛合金铸件真空退火工艺见表1。
表1ZTA15钛合金铸件退火处理制度
常规的热处理原理是炉壁加热装置通电后通过热辐射传导，钛合金铸件的加热为铸件两面受热，铸件中间部位靠两面受热部位的热传导加热，存在一定的温度梯度。常规热处理需要处理的ZTA15钛合金铸件，尤其是一些大型的圆筒类及异型结构的铸件在退火后会出现大量裂纹，造成研制过程返修成本大量增加，影响生产周期，另外对产品的正常使用也会造成隐患。
因此，有必要研究一种针对ZTA15钛合金铸件真空退火后表面裂纹减少的方法，加快ZTA15钛合金铸件的生产效率及研制周期。
发明内容
为了克服现有技术中ZTA15钛合金铸件真空退火后表面裂纹多等缺点和不足，本发明的目的在于提供一种ZTA15钛合金的热处理方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种ZTA15钛合金的热处理方法，包含如下步骤：
(1)将ZTA15钛合金放入真空罩式退火炉中，然后抽真空，真空度抽至0.133Pa以下；
(2)160～200min内加热升温至436～464℃，然后保温70～110min；
(3)待步骤(2)中保温结束后，向内加热罩充入氩气，使内加热罩气压达到90～150mbar；
(4)待内加热罩气压达到90～150mbar时，100～140min内加热升温至686～714℃，保温110～130min；
(5)待步骤(4)中保温结束后，带罩(内加热罩)冷却至480～520℃，然后风冷至180～220℃，再水冷至100～140℃，最后出炉；
步骤(1)中所述的ZTA15钛合金优选为ZTA15钛合金铸件；
步骤(1)中所述的ZTA15钛合金优选进行如下预处理：喷砂处理；
步骤(2)中所述的加热升温优选为180min内升温至450℃；
步骤(2)中所述的保温时间优选为90min；
步骤(3)中所述的氩气优选为纯度≥99.99％的高纯氩气；
步骤(4)中所述的加热升温优选为120min内升温至700℃；
步骤(4)中所述的保温时间优选为120min；
步骤(5)中所述的冷却的降温速率优选为1.0℃/min；
步骤(5)中所述的冷却优选为冷却至500℃；
步骤(5)中所述的风冷优选为风冷至200℃；
步骤(5)中所述的水冷优选为水冷至120℃；
本发明的原理：
本发明结合ZTA15钛合金铸件常规真空退火生产工艺的优点，通过热辐射加热方式，结合保护气体条件下引入的热传导的加热方式，采用阶梯升温热处理ZTA15钛合金铸件，可以使钛合金铸件受热更加均匀，减少因为加热引入的热应力。本发明可以使ZTA15钛合金铸件，尤其是一些大型的圆筒类及异型结构的ZTA15钛合金铸件在实现退火目的的同时，铸件表面裂纹的数量大幅降低，有利于减少铸件的修整工作量，从而降低生产及研发成本，本发明的加热方式比常规真空退火更加完善。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明提供了一种ZTA15钛合金的热处理方法，该方法通过热辐射加热、氩气保护条件下的热传导加热以及阶梯升温方式的有机结合，可以有效解决现有技术中ZTA15钛合金铸件退火后铸件表面大量的裂纹问题，有利于减少铸件的修整工作量，从而降低生产及研发成本。
(2)本发明带罩(内加热罩)冷却过程中，冷却速率的选择，可进一步减少铸件表面裂纹的数量，提高钛合金铸件质量。
(3)本发明采用钛合金制品生产的常规设备(真空罩式退火炉)，无需购置新的专用设备，具有较好的设备适应性，实际生产操作方便，适合在ZTA15钛合金铸件热处理方面推广应用。
附图说明
图1是一级舵面骨架铸件示意图。
图2是一级舵面骨架铸件进炉前喷砂后的状态图。
图3是真空罩式退火炉退火中及出炉状态图。
图4是实施例1中一级舵面骨架铸件退火后荧光检查图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)装炉前确认：检查设备水路系统及电路系统运行是否正常，确认无误后方可装炉。ZTA15钛合金铸件(异型结构一级舵面骨架铸件，总体尺寸：1030×628×108；材质ZTA15，见图1)装炉前，对铸件表面进行喷砂处理(图2)，应保证铸件表面清洁，无油污及粉尘。
(2)真空罩式退火炉炉底要整洁平整，ZTA15钛合金铸件放入真空罩式退火炉中时，应保证铸件在炉中受力均匀，保持铸件在炉内放置平稳；然后抽真空至真空度≤0.133Pa；
(3)180min内加热升温至450℃，然后保温90min；
(4)待步骤(3)中保温结束后，向内加热罩充入纯度≥99.99％的高纯氩气，使内加热罩气压达到120～150mbar；
(5)待内加热罩气压达到120～150mbar时，120min内加热升温至700℃，保温120min；
(6)待步骤(5)中保温结束后，以1.0℃/min的降温速率带罩冷却至500℃，然后吊走加热罩，风冷至200℃，再水冷至120℃，出炉(图3)。
实施例2
(1)装炉前确认：检查设备水路系统及电路系统运行是否正常，确认无误后方可装炉。ZTA15钛合金铸件(异型结构一级舵面骨架铸件，总体尺寸：1030×628×108；材质ZTA15，见图1)装炉前，对铸件表面进行喷砂处理，应保证铸件表面清洁，无油污及粉尘。
(2)真空罩式退火炉炉底要整洁平整，ZTA15钛合金铸件放入真空罩式退火炉中时，应保证铸件在炉中受力均匀，保持铸件在炉内放置平稳；然后抽真空至真空度≤0.133Pa；
(3)160min内加热升温至436℃，然后保温110min；
(4)待步骤(3)中保温结束后，向内加热罩充入纯度≥99.99％的高纯氩气，使内加热罩气压达到90～120mbar；
(5)待内加热罩气压达到90～120mbar时，100min内加热升温至686℃，保温130min；
(6)待步骤(5)中保温结束后，以1.0℃/min的降温速率带罩冷却至480℃，然后吊走加热罩，风冷至180℃，再水冷至100℃，出炉。
实施例3
(1)装炉前确认：检查设备水路系统及电路系统运行是否正常，确认无误后方可装炉。ZTA15钛合金铸件(异型结构一级舵面骨架铸件，总体尺寸：1030×628×108；材质ZTA15，见图1)装炉前，对铸件表面进行喷砂处理，应保证铸件表面清洁，无油污及粉尘。
(2)真空罩式退火炉炉底要整洁平整，ZTA15钛合金铸件放入真空罩式退火炉中时，应保证铸件在炉中受力均匀，保持铸件在炉内放置平稳；然后抽真空至真空度≤0.133Pa；
(3)200min内加热升温至464℃，然后保温70min；
(4)待步骤(3)中保温结束后，向内加热罩充入纯度≥99.99％的高纯氩气，使内加热罩气压达到120～150mbar；
(5)待内加热罩气压达到120～150mbar时，140min内加热升温至714℃，保温110min；
(6)待步骤(5)中保温结束后，以1.0℃/min的降温速率带罩冷却至520℃，然后吊走加热罩，风冷至220℃，再水冷至140℃，出炉。
效果实施例
荧光检查出炉后的ZTA15钛合金铸件表面裂纹缺陷。结果如表2所示：
表2ZTA15钛合金铸件表面裂纹缺陷数量
| 实施例 | 表面裂纹数量 |
| 实施例1 | 29 |
| 实施例2 | 23 |
| 实施例3 | 36 |
采用本发明处理的一级舵面骨架在完成退火后表面裂纹数量大幅下降，经荧光检查确认，表面裂纹在20～40处左右(图4)，常规的真空退火处理的一级舵面骨架表面裂纹在120～140处左右，本发明热处理后的钛合金铸件相比常规真空退火处理(具体处理方法见表1)的一级舵面骨铸件表面裂纹数量降低了77％左右(具体结果见表2)，有效抑制了薄壁铸件表面裂纹的形成，本发明为ZTA15钛合金铸件的热处理方法提供了新的途径。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种ZTA15钛合金的热处理方法，其特征在于包含如下步骤：
(1)将ZTA15钛合金放入真空罩式退火炉中，然后抽真空，真空度抽至0.133Pa以下；
(2)160～200min内加热升温至436～464℃，然后保温70～110min；
(3)待步骤(2)中保温结束后，向内加热罩充入氩气，使内加热罩气压达到90～150mbar；
(4)待内加热罩气压达到90～150mbar时，100～140min内加热升温至686～714℃，保温110～130min；
(5)待步骤(4)中保温结束后，带罩冷却至480～520℃，然后风冷至180～220℃，再水冷至100～140℃，最后出炉。
2.根据权利要求1所述的ZTA15钛合金的热处理方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的ZTA15钛合金进行如下预处理：喷砂处理。
3.根据权利要求1所述的ZTA15钛合金的热处理方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的加热升温为180min内升温至450℃。
4.根据权利要求1所述的ZTA15钛合金的热处理方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的保温时间为90min。
5.根据权利要求1所述的ZTA15钛合金的热处理方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的加热升温为120min内升温至700℃。
6.根据权利要求1所述的ZTA15钛合金的热处理方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的保温时间为120min。
7.根据权利要求1所述的ZTA15钛合金的热处理方法，其特征在于：
步骤(5)中所述的冷却的降温速率为1.0℃/min。
8.根据权利要求1所述的ZTA15钛合金的热处理方法，其特征在于：
步骤(5)中所述的冷却为冷却至500℃。
9.根据权利要求1所述的ZTA15钛合金的热处理方法，其特征在于：
步骤(5)中所述的风冷为风冷至200℃。
10.根据权利要求1所述的ZTA15钛合金的热处理方法，其特征在于：
步骤(5)中所述的水冷为水冷至120℃。
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