CN114752874A - 一种协同优化ta19钛合金强塑性的新型多尺度组织及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织,其组织由大α晶粒,小等轴α晶粒、片层α和弥散α组成,所述大α晶粒、小等轴α晶粒、片层α和弥散α的体积分数范围分别为15%~30%,62%~75%,3%~5%和5%~10%。进一步还提供了该强塑性协同优化的TA19钛合金新型多尺度组织的制备方法,包括前热处理‑热轧‑后热处理等步骤。通过调控不同尺度α相的分布和相对含量,使得TA19钛合金强塑性得到协同优化。
Description
技术领域
本发明涉及优化近α和α+β钛合金性能的方法,尤其涉及一种协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织及其制备方法,属于轻合金加工技术领域。
背景技术
对于大部分近α和α+β钛合金,可根据α相的形貌和分布将将常用的微观组织分为以下四类:等轴组织、双态组织、网篮组织、魏氏组织。这四种组织性能各有利弊:等轴组织具有良好的塑性,但强度较低;片层组织具有很好的抗裂纹扩展能力,但强度和塑性较差;网篮组织具有较好强度,但塑性较差;双态组织综合性能较好。针对以上四种传统的组织类型,采用热加工工艺可以对其α相的晶粒形貌、尺寸、分布、取向等组织参量进行调控,进而在一定程度上优化其力学性能。但是,对传统组织类型的组织参量进行调控,很难获得钛合金强度和塑性的协同优化。
发明内容
针对现有技术的上述不足,本发明的目的在于提供一种协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织,解决现有钛合金强塑性难以协同优化的问题。
进一步,提供该协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织的制备方法。
为了解决上述技术问题,本发明采用了如下的技术方案:
一种协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织,其组织由大α晶粒,小等轴α晶粒、片层α和弥散α组成。
进一步,所述大α晶粒、小等轴α晶粒、片层α和弥散α的体积分数范围分别为15%~30%,62%~75%,3%~5%和5%~10%。
进一步,所述弥散α为纳米尺度。
一种协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织的制备方法,对原始双态组织的TA19钛合金经前热处理-热轧-后热处理,制备出大α晶粒,小等轴α晶粒、片层α和弥散α组成的新型多尺度组织,包括以下步骤:
1)前热处理:将原始双态组织的TA19钛合金随炉加热至970°C~990°C,保温1 h~2h,然后将其空冷至室温;
2)热轧:将步骤1)空冷获得的TA19钛合金放入炉温为890°C~ 910°C的加热炉中,保温0.5 h ~1 h后,进行单向轧制,下压量为70%~85%,然后将制得的钛合金薄板空冷至室温;
3)后热处理:将步骤2)热轧空冷后的钛合金薄板放入580°C~600°C加热炉中,保温4~8 h后,然后将其在空气中冷却至室温,即得到强塑性协同优化的TA19钛合金。
进一步,步骤1)空冷后的TA19钛合金,其等轴α含量为15%~30%,片层α含量为70%~85%。
进一步,步骤2)热轧空冷后的钛合金薄板组织中,其大α晶粒由原始等轴α晶粒拉长转变获得,小等轴α由原始片层α球化转变获得,片层α为未发生球化的残余片层α。
进一步,步骤3)后热处理获得细小弥散的α相。
相比现有技术,本发明具有如下有益效果:
1、本发明通过对传统双态组织的TA19钛合金进行前热处理-热轧-后热处理,获得大α,小等轴α、片层α和细小弥散的α组成的多尺度组织。通过调控不同尺度α相的分布和相对含量,使得TA19钛合金强塑性得到协同优化。
2、本发明制得的钛合金的屈服强度从原始双态组织的931.4 MPa提高到1199.3MPa,抗拉强度从1013.7 MPa提高到1293.5 MPa,延伸率保持在11%左右。本发明可推广至其他近α和α+β钛合金,具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明前热处理-热轧-后热处理前后试样的显微组织形貌图;a为用于轧制的双态组织,b为制备的新型多尺度组织,c为新型多尺度组织中弥散α放大图,d为对比例1的组织。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的实施方式不仅限于此。
本发明公开了一种协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织及其制备方法,该方法是将具有双态组织的TA19钛合金经前热处理-热轧-后热处理,制备出由大α晶粒,小等轴α晶粒、片层α和弥散α组成的新型多尺度组织;通过调控不同尺度的α相的含量和分布,使钛合金获得强度和塑性的协同优化。通过本发明获得的协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织及其制备方法,可推广至其他近α和α+β钛合金。
一、一种协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织的制备方法
实施例1
1)将原始双态组织的TA19钛合金放入马弗炉中随炉加热至980°C,保温1 h后空冷;
2)将步骤1)空冷获得的具有双态组织的TA19钛合金放入炉温为890°C的加热炉中,保温0.5 h后,进行单向轧制,下压量为70%,然后将制得的钛合金薄板空冷至室温;
3)将步骤2)得到的TA19钛合金轧板放入590°C马弗炉中保温4 h后空冷,即得到TA19钛合金强塑性协同优化的新型多尺度组织。
实施例2
1)将原始双态组织的TA19钛合金放入马弗炉中随炉加热至990°C,保温1 h后空冷。
2)将步骤1)空冷获得的具有双态组织的TA19钛合金放入炉温为910°C的加热炉中,保温0.5 h后,进行单向轧制,下压量为80%,然后将制得的钛合金薄板空冷至室温。
3)将步骤2)得到的TA19钛合金轧板放入600°C马弗炉中保温4 h后空冷,即得到TA19钛合金强塑性协同优化的新型多尺度组织。
实施例3
1)将原始双态组织的TA19钛合金放入马弗炉中随炉加热至980°C,保温2 h后空冷。
2)将步骤1)空冷获得的具有双态组织的TA19钛合金放入炉温为900°C的加热炉中,保温1 h后,进行单向轧制,下压量为85%,然后将制得的钛合金薄板空冷至室温。
3)将步骤2)得到的TA19钛合金轧板放入590°C马弗炉中保温4 h后空冷,即得到TA19钛合金强塑性协同优化的新型多尺度组织。
实施例4
1)将原始双态组织的TA19钛合金放入马弗炉中随炉加热至970°C,保温2 h后空冷。
2)将步骤1)空冷获得的具有双态组织的TA19钛合金放入炉温为900°C的加热炉中,保温1 h后,进行单向轧制,下压量为82%,然后将制得的钛合金薄板空冷至室温。
3)将步骤2)得到的TA19钛合金轧板放入600°C马弗炉中保温4 h后空冷,即得到TA19钛合金强塑性协同优化的新型多尺度组织。
对比例1
1)将原始双态组织的TA19钛合金放入马弗炉中随炉加热至980°C,保温1 h后空冷。
2)将步骤1)空冷获得的具有双态组织的TA19钛合金放入炉温为900°C的加热炉中,保温0.5 h后,进行单向轧制,下压量为82%,然后将制得的钛合金薄板空冷至室温。
3)将步骤2)得到的TA19钛合金轧板放入920°C马弗炉中保温2 h后空冷。得到低强度和低延伸率的粗化的大α晶粒,粗化小等轴α晶粒组成的TA19钛合金组织。
二、性能验证
1、将实施例1对原始双态组织经前热处理-热轧-后热处理得到的钛合金组织,经打磨和电解抛光后进行扫描电镜组织观察,如图1所示。
从图1a是步骤1)后得到的空冷双态组织,由20%等轴α晶粒和80%片层α组成,等轴α平均尺寸为12 μm,片层α区域平均尺寸为28 μm;图1b是经过步骤3)得到的新型多尺度组织,由20%大α、70%小等轴α、5%片层α和5%分布于小等轴α之间细小弥散的α,大α平均宽度5 μm,平均长度22μm,小等轴α平均尺寸1.5 μm;图1c中显示的图1b中的弥散α宽度仅100 nm左右。而图1d显示,对比例1中,大α体积分数增加到45%,而且粗化十分严重,平均宽度达到16μm,平均长度达到52 μm;同时,小等轴α晶粒长大也较为严重,平均尺寸增大为2.6 μm。
2、将原始双态组织、实施例1-4和对比例1对应的试样进行力学性能测试,力学性能统计结果如表1所示。
表1力学性能
由表1可以看出,本发明制备的钛合金的强度高,塑性好,与原始组织和对比例制备的钛合金材料相比,在力学性能上具有明显的优势。这可能是由于,本发明实施例获得的新型多尺度组织中的大α晶粒能够提供较大的塑性变形和较好的加工硬化能力,小等轴α晶粒取向较多,能够协调塑性变形,细小弥散α起到较好的强化作用。而对比例中后热处理温度过高,导致晶粒严重长大,强度和塑性都发生恶化。
可见,经本发明方法制备的新型多尺度组织具有强塑性协同优化的特点。
最后需要说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案,本领域的普通技术人员应当理解,那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织,其特征在于,其组织由大α晶粒,小等轴α晶粒、片层α和弥散α组成。
2.根据权利要求1所述协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织,其特征在于,所述大α晶粒、小等轴α晶粒、片层α和弥散α的体积分数范围分别为15%~30%,62%~75%,3%~5%和5%~10%。
3.根据权利要求1所述协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织,其特征在于,所述弥散α为纳米尺度。
4.一种协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织的制备方法,其特征在于,对原始双态组织的TA19钛合金经前热处理-热轧-后热处理,制备出大α晶粒,小等轴α晶粒、片层α和弥散α组成的新型多尺度组织,包括以下步骤:
1)前热处理:将原始双态组织的TA19钛合金随炉加热至970°C~990°C,保温1 h~2 h,然后将其空冷至室温;
2)热轧:将步骤1)空冷获得的TA19钛合金放入炉温为890°C~ 910°C的加热炉中,保温0.5 h ~1 h后,进行单向轧制,下压量为70%~85%,然后将制得的钛合金薄板空冷至室温;
3)后热处理:将步骤2)热轧空冷后的钛合金薄板放入580°C~600°C加热炉中,保温4~8h后,然后将其在空气中冷却至室温,即得到强塑性协同优化的TA19钛合金。
5.根据权利要求4所述协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织的制备方法,其特征在于,步骤1)空冷后的TA19钛合金,其等轴α含量为15%~30%,片层α含量为70%~85%。
6.根据权利要求4所述协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织的制备方法,其特征在于,步骤2)热轧空冷后的钛合金薄板组织中,其大α晶粒由原始等轴α晶粒拉长转变获得,小等轴α由原始片层α球化转变获得,片层α为未发生球化的残余片层α。
7.根据权利要求4所述协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织的制备方法,其特征在于,步骤3)后热处理获得细小弥散的α相。
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