CN114507833A - 具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钛合金加工技术领域，公开了一种具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材及其制备方法，包括：将TB8钛合金棒材试样加热至800～900℃后保温1～2h，随后冷却至室温，获得具有单一β相组织的钛合金棒材；随后进行多道次的超声滚压处理，获得具有梯度层β相组织的钛合金棒材；然后，于盐浴炉中进行时效热处理，随后冷却至室温后，即获得具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材。本发明的制备方法制备成本低、工艺简单、操作方便，且本发明可以获得具有纳米尺度的梯度层α相组织的TB8钛合金棒材。

Description

具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材及其制备方法
技术领域
本发明涉及钛合金加工技术领域，尤其涉及一种具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材及其制备方法。
背景技术
TB8钛合金是我国在“九五”期间研发出来的一种新型亚稳β型超高强钛合金，因其具有高比强度、优良的可加工性、抗蠕变性能以及良好的淬透性等特性，被广泛用作航空航天领域，如飞机发动机、起落架和紧固件等重要部件。
由于TB8钛合金零部件的服役环境较为恶劣，如航空发动机叶盘在使用过程中会面临温度、应变和应力梯度等问题，因此航空航天领域要求TB8钛合金零部件需具有高的强度、疲劳性能以及良好塑性。目前，现有技术获得的TB8钛合金虽然展现出超高的强度，但延伸率和断面收缩率都比较低，无法满足TB8钛合金在一些极端环境服役。
近年来，一些文献报道具有表层梯度结构组织的材料可同时提高材料强度、疲劳强度和塑性。目前，制备表层梯度结构组织的方法主要有表面机械研磨、表面机械碾磨、高压表面滚压处理、超声滚压等。对于亚稳β型TB8钛合金，时效处理后合金的组织主要由大量α相和少量β相组成的双相组织，强度、硬度非常高，但塑性较差，导致后期加工处理过程中，材料表面不易变形，甚至容易造成表面开裂，从而很难获得具有显著梯度层α相组织的TB8钛合金棒材。
为此，本发明提供一种具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材及其制备方法。
发明内容
为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材及其制备方法。本发明通过超声滚压和热处理相结合的方法，来制备具有不同梯度层α相组织的TB8钛合金棒材。
本发明的一种具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材及其制备方法是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一个目的是提供一种具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材的制备方法，包括以下步骤：
将TB8钛合金棒材试样加热至800～900℃后保温1～2h，随后冷却至室温，获得具有单一β相组织的钛合金棒材；随后进行多道次的超声滚压处理，获得具有梯度层β相组织的钛合金棒材；然后，于盐浴炉中进行时效热处理，随后冷却至室温后，即获得具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材。
进一步地，所述超声滚压的工艺参数为：
机床转速为400～600r/min、压力为0.1～0.2MPa、进给量为0.07～0.09mm/r、滚压道次≥3次。
进一步地，所述滚压道次≥10次。
进一步地，所述保温处理是在真空条件下进行的。
进一步地，所述时效热处理的处理温度为500～600℃，保温时间为4～8h。
进一步地，所述TB8钛合金棒材试样为锻态。
进一步地，所述冷却的方式均为水淬冷却。
进一步地，所述TB8钛合金棒材包括以下按重量百分比的化学元素组分：
Mo14.5、Al2.9、Nb2.85、Si0.19、Fe0.07和Ti余量。
本发明的第二个目的是提供一种具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明通过将TB8钛合金棒材经固溶热处理后快速淬火，从而获得具有单一β相组织的钛合金棒材，然后通过对具有单一β相组织的钛合金棒材进行多道次的超声滚压处理，通过超声滚压处理将动态冲击外载荷重复作用于试样表面，这些作用经试样表面向试样内部连续过渡，从而使得经过超声冲击后的试样在一定厚度的范围内产生了应力梯度场，应力由表层大到小分布，从而导致应力场内小体积元发生塑性变形，使得表层产生加工硬化进而获得具有梯度层的β相组织。然后将超声滚压后的试样在500～600℃的盐浴炉中进行时效处理4～8h，使得β相转变为α相，进而获得具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材。
本发明的制备方法制备成本低、工艺简单、操作方便，且本发明可以获得具有纳米尺度的梯度层α相组织的TB8钛合金棒材。
可以在具有纳米尺度的梯度层α相组织的TB8钛合金棒材表面引入残余压应力，使TB8钛合金棒材的抗拉强度、延伸率和疲劳强度同时提高。
附图说明
图1为本发明实施例1的TB8钛合金的扫描显微组织图；其中，图1a为距离表层距离15μm处的扫描显微组织图，图1b为距离表层距离50μm处的扫描显微组织图，图1c为距离表层距离100μm处的扫描显微组织图，图1d为距离表层距离300μm处的扫描显微组织图，图1e为距离表层距离1000μm处的扫描显微组织图；
图2为本发明实施例2的TB8钛合金的扫描显微组织图；其中，图2a为距离表层距离15μm处的扫描显微组织图，图2b为距离表层距离50μm处的扫描显微组织图，图2c为距离表层距离100μm处的扫描显微组织图，图2d为距离表层距离300μm处的扫描显微组织图，图2e为距离表层距离1000μm处的扫描显微组织图；
图3为本发明实施例3的TB8钛合金的扫描显微组织图；其中，图3a为距离表层距离15μm处的扫描显微组织图，图3b为距离表层距离50μm处的扫描显微组织图，图3c为距离表层距离100μm处的扫描显微组织图，图3d为距离表层距离300μm处的扫描显微组织图，图3e为距离表层距离1000μm处的扫描显微组织图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是本发明以下实施例中，所使用的超声滚压设备的型号为HKUSM30S、CK6140。
实施例1
本实施例提供一种具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将锻态的TB8钛合金棒材试样放入真空管式炉中随炉加热至850℃，并保温1.5h，以实现对锻态的TB8钛合金棒材进行固溶处理，获得具有单一β相组织的钛合金棒材，然后将固溶处理后的棒材加工成直径7mm且长度82mm的圆棒状试样；
步骤2，将圆棒状试样放置在超声滚压设备的夹具上固定，开启超声滚压设备，开启润滑油，设置电流为1.5A；并设置滚压参数：机床转速为500r/min、进给量为0.08mm/r、刀具位移为20mm、压力为0.1MPa、退刀距离为30mm；
将机床抵住棒材尾端，找到合适的X轴和Z轴位置，刀补将X轴和Z轴归为0，按住启动按钮开始滚压；连续滚压15次(只需将第一道次中的X轴和Z轴位置调节为0，按住主轴旋转和启动即可进行多道次滚压)，滚压结束后停止设备，取下试样，即获得具有梯度层β相组织的钛合金棒材；
步骤3，将步骤2获得的具有梯度层β相组织的钛合金棒材于550℃温度的盐浴炉中保温6h，随后水淬冷却至室温，即获得具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材。
实施例2
本实施例提供一种具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材的制备方法，本实施例与实施例1的区别仅在于：
本实施例中，滚压处理时的压力为0.15MPa，其他操作与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材的制备方法，本实施例与实施例1的区别仅在于：
本实施例中，滚压处理的压力为0.2MPa，其他操作与实施例1相同。
实验部分
为了验证本发明制备方法的效果，本发明进行了以下测试：
(一)扫描电镜显微测试
对实施例1-实施例3制得的具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材均进行了扫描电镜显微测试，其结果分别如图1-3所示。
由图1a至图1e依次可以看出，实施例1制得的具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材中，从圆棒表层到中心，α相的形貌和尺寸大小都具有明显的梯度特点，从距表层～15μm到～1000μm，α相的形貌由细针状到片状变化，尺寸大小为～120nm到～370nm。
由图2a至图2e依次可以看出，实施例2制得的具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材中，从圆棒表层到中心，α相的形貌和尺寸大小都具有明显的梯度特点，从距表层～15μm到～1000μm，α相的形貌由球状和细针状到粗片状变化，尺寸大小为～70nm到～310nm。
由图3a至图3e依次可以看出，实施例3制得的具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材中，从圆棒表层到中心，α相的形貌和尺寸大小都具有明显的梯度特点，从距表层～15μm到～1000μm，α相的形貌由均匀细针状到粗片状变化，尺寸大小为～50nm到～280nm。
综上所述，说明本发明的方法能够将普通的TB8钛合金棒材加工处理为具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材，且本发明的制备方法制备成本低、工艺简单、操作方便，且本发明可以获得具有纳米尺度的梯度层α相组织的TB8钛合金棒材。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
显然，上述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将TB8钛合金棒材试样加热至800～900℃后保温1～2h，随后冷却至室温，获得具有单一β相组织的钛合金棒材；随后进行多道次的超声滚压处理，获得具有梯度层β相组织的钛合金棒材；然后，于盐浴炉中进行时效热处理，随后冷却至室温后，即获得具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超声滚压的工艺参数为：机床转速为400～600r/min、压力为0.1～0.2MPa、进给量为0.07～0.09mm/r、滚压道次≥3次。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述滚压道次≥10次。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保温处理是在真空条件下进行的。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述时效热处理的处理温度为500～600℃，保温时间为4～8h。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述TB8钛合金棒材试样为锻态。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷却的方式均为水淬冷却。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述TB8钛合金棒材包括以下按重量百分比的化学元素组分：
Mo 14.5、Al 2.9、Nb 2.85、Si 0.19、Fe 0.07和Ti余量。
9.一种基于权利要求1-8任意一项所述的制备方法制得的具有梯度层α相组织的TB8钛合金棒材。
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