CN110158004A - 一种获得均匀细小双态组织的两相钛合金形变热处理工艺 - Google Patents

一种获得均匀细小双态组织的两相钛合金形变热处理工艺 Download PDF

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蔺永诚
唐依
姜玉强
吴瞧
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    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
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Abstract

本发明公开了一种获得均匀细小双态组织的两相钛合金形变热处理工艺。该工艺的步骤如下：(1)将自由锻开坯的两相钛合金在β转变温度Tβ以下75℃～125℃热变形后水冷；(2)将热变形后的合金在两相区进行固溶热处理，固溶温度为β转变温度Tβ以下20℃～50℃，固溶时间为0.5～2小时，然后空冷；(3)对固溶热处理后的合金进行时效热处理，时效温度为530℃～560℃，时效时间为3～5小时，然后空冷至室温。本发明提出的形变热处理工艺可以获得均匀细小的双态组织，显著提高两相钛合金的力学性能。

Description

一种获得均匀细小双态组织的两相钛合金形变热处理工艺
技术领域
本发明属于两相钛合金热处理技术领域，涉及一种获得均匀细小双态组织的两相钛合金形变热处理工艺。
背景技术
两相钛合金是一种可以通过热处理来调控微观组织的钛合金，由于其比强度高、中温性能好、耐腐蚀性能好等优点被广泛应用于航空航天领域，例如构成航空发动机的关键零部件压气机盘、叶片等。双态组织兼具等轴和片层组织的综合力学性能，同时具有高的强度、塑性、韧性和疲劳性能。结合塑性变形细化晶粒与热处理调控组织的形变热处理工艺可以获得组织均匀且细小的双态组织，并提高两相钛合金的力学性能。
传统的钛合金形变热处理工艺是在β单相区进行变形+两相区普通退火处理。然而，β相区变形的温度范围极窄，热变形过程中对温度的精确控制很难，极容易导致晶粒显著长大，而晶粒的长大会导致合金的力学性能劣化。因此，需要一种均匀细小双态组织的两相钛合金形变热处理工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种获得均匀细小双态组织的双相钛合金形变热处理工艺，该工艺可以通过调控形变热处理工艺参数来获得均匀细小的双态组织，提高合金的力学性能，解决了热变形温度范围窄，双态组织中等轴α晶粒粗大的难题。
本发明解决上述难题的方案是：
步骤1：将自由锻开坯的两相钛合金加热到β转变温度Tβ以下75℃～125℃，保温4～10分钟，在变形量为40％～60％，变形速率为0.01s-1～10s-1的条件下进行热变形，然后水冷；
步骤2：对热变形后的合金进行固溶热处理，固溶温度为β转变温度Tβ以下20℃～50℃，固溶时间为 0.5～2小时，然后空冷；
步骤3：对固溶热处理后的合金进行时效热处理，时效温度为530℃～560℃，时效时间为3～5小时，然后空冷至室温。
附图说明
图1工艺流程图；
图2自由锻开坯的两相钛合金初始组织图；
图3实施例1获得的双态组织图；
图4实施例1显微硬度对比图；
图5实施例2获得的双态组织图；
图6实施例2显微硬度对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施案例对本发明进行详细说明。
本发明为一种获得均匀细小双态组织的两相钛合金形变热处理工艺，其工艺流程如图1所示。本发明实施例中涉及的两相钛合金的化学成分如表1所示，其初始组织如图2所示，为典型的网篮组织，片层α相厚度约为2.8微米。试样的外形为圆柱形，该试样的规格为Φ8mm×12mm，两相钛合金的β转变温度为 975±5℃。合金的初始显微硬度仅为296.6HV。
表1本发明实例中所用材料两相钛合金成分(wt.％)
实施例1
步骤1：将自由锻开坯的两相钛合金加热到β转变温度Tβ以下125℃，保温5分钟，以变形量为60％，变形速率0.01s-1进行热压缩变形，然后水冷；
步骤2：对热变形后的合金进行固溶热处理，固溶温度为β转变温度Tβ以下20℃，固溶时间为1小时，然后空冷；
步骤3：对固溶热处理后的合金进行时效热处理，时效温度为560℃，时效时间为4小时，然后空冷至室温。
实施例1工艺获得的两相钛合金的微观组织如图3所示，组织为典型的双态组织，其中可以看到明显的晶界，且等轴α晶粒均匀分布在晶界上，等轴α相的平均晶粒尺寸为5.2微米。两相钛合金形变热处理前后的显微硬度对比如图4所示，可知两相钛合金通过形变热处理后的显微硬度提高了22.2％。
实施例2
步骤1：将自由锻开坯的两相钛合金加热到β转变温度Tβ以下75℃，保温5分钟，以变形量为60％，变形速率0.01s-1的条件下进行热压缩变形，然后水冷；
步骤2：对热变形后的合金进行固溶热处理，固溶温度为β转变温度Tβ以下50℃，固溶时间为1小时，然后空冷；
步骤3：对固溶热处理后的合金进行时效热处理，时效温度为560℃，时效时间为4小时，然后空冷至室温。
实施例2工艺获得的两相钛合金的微观组织如图5所示，等轴α相的平均晶粒尺寸为3.5微米，两相钛合金形变热处理前后的显微硬度对比如图6所示，可知合金的硬度提高了23.3％。
从上述结果可以发现，本发明提出的方法能够有效地获得等轴α相细小且分布均匀的双态组织，显著提高合金的力学性能。
上面结合附图对本发明的实例进行了描述，但本发明不局限于上述具体的实施方式，上面的具体实施方式仅是示例性的，不是局限的，任何不超过本发明权利要求的发明创造，均在本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种获得均匀细小双态组织的两相钛合金形变热处理工艺，其特征在于：该工艺可以通过调控形变热处理工艺参数来获得均匀细小的双态组织，提高合金的力学性能，包括如下步骤：
步骤1：将自由锻开坯的两相钛合金加热到β转变温度Tβ以下75℃～125℃，保温4～10分钟，在变形量为40％～60％，变形速率为0.01s-1～10s-1的条件进行热变形，然后水冷；
步骤2：对热变形后的合金进行固溶热处理，固溶温度为β转变温度Tβ以下20℃～50℃，固溶时间为0.5～2小时，然后空冷；
步骤3：对固溶热处理后的合金进行时效热处理，时效温度为530℃～560℃，时效时间为3～5小时，然后空冷至室温。
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