CN114657489B - 钛铝合金挤压棒材微观组织均匀化的双温热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钛铝合金挤压棒材微观组织均匀化的双温热处理工艺，包括对钛铝合金挤压棒材的热处理试样进行热处理炉加热至1150～1180℃后，对试样保温6～8小时，随后进行随炉冷却。待试样冷却后，对试样进行第二步热处理，将热处理炉加热至1260～1320℃后，对试样保温0.5～1小时，随后以100～200℃/min的冷却速度将试样空冷至室温，得到微观组织分布均匀的钛铝合金。本发明通过双温热处理工艺，可以获得微观组织尺寸细小、分布均匀的双态组织或者近片层组织钛铝合金，不需要进行淬火处理，可以避免产生微观裂纹，工艺简便，周期短，为钛铝合金后续热加工的顺利实施提供了微观组织保证。

Description

钛铝合金挤压棒材微观组织均匀化的双温热处理工艺
技术领域
本发明涉及热处理领域，特别涉及一种钛铝合金挤压棒材的微观组织均匀化工艺。
背景技术
钛铝合金是一种金属间化合物，因其具有高比强度、高蠕变抗力、优异的抗氧化和阻燃性能，目前已经成功应用于航空航天、汽车工业等领域。但其室温塑性差，较难加工成形，因此通常对钛铝合金铸锭进行锻造或挤压开坯处理。在挤压开坯中，由于原始铸态材料的成分偏析、挤压过程中的变形、传热不均匀和坯料与模具接触处的摩擦等原因，获得的挤压棒材的微观组织分布不均匀，有部分残留片层组织。因此对开坯后的挤压钛铝合金棒材进行热处理，使得钛铝合金挤压棒材的微观组织更加均匀，改善钛铝合金的加工性能，有利于钛铝合金后续的二次热加工。
“D.Liu,R.C.Liu,Y.Y.Cui,R.Yang.Effect of aged-heat treatment onmicrostructure of α extruded TiAl alloy.The Chinese Journal of NonferrousMetals,2010,20:s243-s247”基于挤压态Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.15B合金的时效热处理试验，研究发现挤压过程中，由于储存的畸变能得不到释放，晶粒内部存在大量位错，为后续热处理提供了形核驱动力，晶界处的细小晶粒将会逐渐长大，片层组织发生分解，但是上述研究只进行了单一步骤的热处理工艺试验，并未获得比较均匀的微观组织。
“刘亮亮，刘冬，刘仁慈，崔玉友，杨锐.热处理对TiAl合金挤压方棒组织与拉伸性能的影响.稀有金属材料与工程,2017,46:95-98”研究了后续热处理工艺对挤压Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.15B棒材微观组织的影响，发现在1150～1350℃温度区间进行热处理时，发生了近γ组织→双态组织→片层组织的转变；在共析点温度进行热处理时，挤压产生的残余片层组织会限制等轴γ相的长大，使得合金的微观组织保留挤压时的形貌。因此，对挤压态钛铝合金的均匀化处理，应当以消除残余片层组织为目的，通过热处理工艺组合获得不同的微观组织形态，在此基础上进行合理优选。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足，提供用于解决钛铝合金挤压棒材微观组织粗大与不均匀的问题，得到微观组织均匀、无缺陷的钛铝合金，提高钛铝合金的室温综合性能和适应后续热加工的一种钛铝合金挤压棒材微观组织均匀化的双温热处理工艺。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种钛铝合金挤压棒材微观组织均匀化的双温热处理工艺，包括以下步骤：
步骤一、用线切割取开坯后的钛铝合金挤压棒材作为钛铝合金热处理试样，所述钛铝合金热处理试样的剖面直径小于30mm，长度与热处理炉容纳腔匹配；
步骤二、将所述的钛铝合金热处理试样放入炉温为1150～1180℃的热处理炉中，保温6～8小时后，随炉冷却至室温，移出热处理炉；
步骤三、将步骤二得的钛铝合金热处理试样放入炉温为1260～1320℃的热处理炉中，保温0.5～1小时后，移出热处理炉，以100～200℃/min的冷却速度冷却至室温，即获得微观组织均匀的双态组织或者近片层组织钛铝合金。
相较于原始微观组织，第一步热处理可以有效地消除原始微观组织中的粗大片层组织。第二步热处理后冷却过程中的α→γ相变会产生α2/γ片层组织，因此通过第二步中调整热处理温度和保温时间控制α相的含量与尺寸，从而获得分布比较均匀、尺寸比较小的α2/γ片层组织。
进一步的，在所述步骤三中，所述的钛铝合金热处理试样放入热处理炉的炉温为1260～1280℃，获得的是微观组织均匀的双态组织钛铝合金。
进一步的，在所述步骤三中，所述的钛铝合金热处理试样放入热处理炉的炉温为1300～1320℃，获得的是微观组织均匀的近片层组织钛铝合金。
进一步的，所述开坯后的钛铝合金挤压棒材的元素原子百分比为：Ti-(46～47)Al-(2～3)Nb-(2～3)Cr-X，其中X元素是由Fe、B、Si、N元素组成，X元素原子比总含量不超过0.3％；且所述开坯后的钛铝合金挤压棒材的微观组织是由等轴的γ晶粒、残余α2/γ片层和分布在晶界的α2和β0晶粒组成。
进一步的，所述的热处理炉为型号为KSL-1400X-A1的箱式处理炉，在所述的步骤二和步骤三对所述钛铝合金热处理试样在箱式处理炉中的介质为空气介质。
进一步的，所述的步骤二中，在所述热处理炉的炉温到达1150～1180℃后，将所述的钛铝合金热处理试样放入热处理炉的均温区，待热处理炉的温度回升至1150～1180℃后，开始保温计时。
进一步的，所述的步骤三中，在所述热处理炉的炉温到达1260～1320℃后，将所述的钛铝合金热处理试样放入热处理炉的均温区，待热处理炉的温度回升至1260～1320℃后，开始保温计时。
进一步的，所述的开坯后的钛铝合金挤压棒材为截面为长方形或者方形或者圆形的棒材。
本发明的有益效果是：本发明通过双温热处理工艺，可以获得微观组织细小、分布均匀的钛铝合金，通过调整热处理温度和保温时间控制α相的含量与尺寸，得到具有双态组织或者近片层组织的钛铝合金，不需要进行淬火处理，可以避免产生微观裂纹，工艺简便，周期短，为钛铝合金后续热加工的顺利实施提供了微观组织保证。通过控制微观组织结构可以改善合金性能，双温热处理可以对钛铝合金的晶粒尺寸及晶粒形貌进行控制，获得室温塑性良好的双态组织和断裂韧性比较好的近片层组织，同时，尺寸细小、分布均匀的微观组织使得钛铝合金获得更好的室温综合性能与高温可加工性能。
附图说明
图1是挤压态Ti-46.5Al-2Nb-2Cr合金微观组织图片。
图2是实施例1中Ti-46.5Al-2Nb-2Cr合金双温热处理后的双态组织。
图3是实施例2中Ti-46.5Al-2Nb-2Cr合金双温热处理后的双态组织。
图4是实施例3中Ti-46.5Al-2Nb-2Cr合金双温热处理后的近片层组织。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
为了实现上述目的，本发明提供一下具体实施方式：
实施例1：一种钛铝合金挤压棒材微观组织均匀化的双温热处理工艺，包括以下步骤：
步骤一、用线切割取开坯后的钛铝合金挤压棒材作为钛铝合金热处理试样，所述钛铝合金热处理试样的剖面直径小于30mm，长度与热处理炉容纳腔匹配，所述的开坯后的钛铝合金挤压棒材为截面为长方形或者方形或者圆形的棒材，所述的热处理炉为型号为KSL-1400X-A1的箱式处理炉；
所述开坯后的钛铝合金挤压棒材的元素原子百分比为：Ti-(46～47)Al-(2～3)Nb-(2～3)Cr-X，其中X元素是由Fe、B、Si、N元素组成，X元素原子比总含量不超过0.3％；且所述开坯后的钛铝合金挤压棒材的微观组织是由等轴的γ晶粒、残余α2/γ片层和分布在晶界的α2和β0晶粒组成。
步骤二、将所述的钛铝合金热处理试样放入炉温为1150～1180℃的热处理炉中，保温6～8小时后，随炉冷却至室温，移出热处理炉；
步骤三、将步骤二得的钛铝合金热处理试样放入炉温为1260～1320℃的热处理炉中，保温0.5～1小时后，移出热处理炉，以100～200℃/min的冷却速度冷却至室温，即获得微观组织均匀的双态组织或者近片层组织钛铝合金。
所述双态组织的钛铝合金热处理试样由体积分数大致相等的等轴γ晶粒和α2/γ片层组织构成，具有比较高的室温强度和塑性；
在所述的步骤二和步骤三对所述钛铝合金热处理试样在箱式处理炉中的介质为空气介质。
实施例2：与实施例1相同，不同的是：在所述步骤三中，所述的钛铝合金热处理试样放入热处理炉的炉温为1300～1320℃，获得的是微观组织均匀的近片层组织钛铝合金。近片层组织的钛铝合金热处理试样主要为α2/γ片层组织，包含少量的等轴γ晶粒，具有比较好的室温断裂韧性和高温抗蠕变性能。
实施例3：与实施例1相同，不同的是：所述的步骤二中，在所述热处理炉的炉温到达1150～1180℃后，将所述的钛铝合金热处理试样放入热处理炉的均温区，待热处理炉的温度回升至1150～1180℃后，开始保温计时。
所述的步骤三中，在所述热处理炉的炉温到达1260～1320℃后，将所述的钛铝合金热处理试样放入热处理炉的均温区，待热处理炉的温度回升至1260～1320℃后，开始保温计时。
温度过渡回升处理使得所述的钛铝合金热处理试样受热更加的均匀，控温精度更高，获得的组织细小均匀，能够进一步提升钛铝合金的室温综合性能及高温可塑性。
根据本发明方法，为了验证本发明效果，提供以下实验例：
实验例1：
(1)首先在挤压开坯的截面为圆形的钛铝合金棒材上切取Φ30×15mm的圆柱形热处理试样，利用光学显微镜对热处理试样的微观组织进行观察，发现其微观组织主要由等轴的γ晶粒、残余α2/γ片层和少量分布在晶界的α2和β0晶粒组成，如图1所示。
(2)将步骤(1)所得的热处理试样，放入控温精确，封闭性好的1500℃箱式处理炉中，炉温为1150℃，保温6小时，之后随炉冷却至室温；
(3)将步骤(2)所得的热处理试样，放入炉温为1260℃的热处理炉中，保温0.5小时，随后取出钛铝合金热处理试样，空冷至室温，得到微观组织均匀的双态组织钛铝合金，如图2所示。
实验例2：与实验例1相同，不同的是步骤(3)中将步骤(1)所获得的热处理试样放入炉温为1280℃的热处理炉中，保温0.5小时，随后取出钛铝合金热处理试样，空冷至室温，得到微观组织均匀的双态组织钛铝合金，如图3所示。
实验例3：与实验例1相同，不同的是步骤(3)中将步骤(1)所获得的热处理试样放入炉温为1300℃的热处理炉中，保温0.5小时，随后取出钛铝合金热处理试样，空冷至室温，得到微观组织均匀的近片层组织钛铝合金，如图4所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种钛铝合金挤压棒材微观组织均匀化的双温热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、用线切割取开坯后的钛铝合金挤压棒材作为钛铝合金热处理试样，所述钛铝合金热处理试样的剖面直径小于30mm，长度与热处理炉容纳腔匹配；所述开坯后的钛铝合金挤压棒材的微观组织是由等轴的γ晶粒、残余α2/γ片层和分布在晶界的α2和β0晶粒组成；
步骤二、将所述的钛铝合金热处理试样放入炉温为1150～1180℃的热处理炉中，保温6～8小时后，随炉冷却至室温，移出热处理炉；
步骤三、将步骤二得的钛铝合金热处理试样放入炉温为1260～1320℃的热处理炉中，保温0.5～1小时后，移出热处理炉，以100～200℃/min的冷却速度冷却至室温，即获得微观组织均匀的双态组织或者近片层组织钛铝合金；
所述步骤三中，所述的钛铝合金热处理试样放入热处理炉的炉温为1260～1280℃，获得的是微观组织均匀的双态组织钛铝合金；所述的钛铝合金热处理试样放入热处理炉的炉温为1300～1320℃，获得的是微观组织均匀的近片层组织钛铝合金；
所述开坯后的钛铝合金挤压棒材的元素原子百分比为：Ti-(46~47)Al-(2~3)Nb-(2~3)Cr-X，其中X元素是由Fe、B、Si、N元素组成，所述X元素原子比总含量不超过0.3%。
2.如权利要求1所述一种钛铝合金挤压棒材微观组织均匀化的双温热处理工艺，其特征在于，所述的热处理炉为型号为KSL-1400X-A1的箱式处理炉，在所述的步骤二和步骤三对所述钛铝合金热处理试样在箱式处理炉中的介质为空气介质。
3.如权利要求1所述一种钛铝合金挤压棒材微观组织均匀化的双温热处理工艺，其特征在于，所述的步骤二中，在所述热处理炉的炉温到达1150～1180℃后，将所述的钛铝合金热处理试样放入热处理炉的均温区，待热处理炉的温度回升至1150～1180℃后，开始保温计时。
4.如权利要求1所述一种钛铝合金挤压棒材微观组织均匀化的双温热处理工艺，其特征在于，所述的步骤三中，在所述热处理炉的炉温到达1260～1320℃后，将所述的钛铝合金热处理试样放入热处理炉的均温区，待热处理炉的温度回升至1260～1320℃后，开始保温计时。
5.如权利要求1-4任一所述一种钛铝合金挤压棒材微观组织均匀化的双温热处理工艺，其特征在于，所述的开坯后的钛铝合金挤压棒材为截面为圆形的棒材。
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