CN114774816B - 一种tc25g钛合金铸件的热处理工艺 - Google Patents

一种tc25g钛合金铸件的热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种TC25G钛合金铸件的热处理工艺，将TC25G合金铸件加热至Tβ以下3～5℃(T1)保温t1分钟后炉冷至T2，然后保温t2分钟后再炉冷T3……，依次类推，至铸件冷至Tm并保温60～120min。再升温至Tn并保温60～120min，再炉冷至Tm并保温60～120min，再升温至Tn并保温60～120min……，以此类推循环3～5次，最后铸件炉冷至Tm并保温60～120min后空冷至室温。ti(i＝1,2,3……)为保温时间，30min≤ti≤120min；Ti(i＝1,2,3……)为保温温度，要求满足T1＞T2＞T3＞……＞Tn＞……Tm且相邻温度的间隔不超过4℃；要求Tn在Tβ以下25～35℃，5℃≤Tn‑Tm≤10℃。最终铸件得到双态组织，初生α呈短棒状或球状，含量约30％～40％，其室温拉伸强度可以达到1050MPa，室温延伸率较原始铸造组织相比由2～5％提升至8％以上；550℃拉伸强度可以达到800MPa。

Description

一种TC25G钛合金铸件的热处理工艺
技术领域
本发明属于钛合金技术领域，具体涉及到一种TC25G钛合金铸件的热处理工艺。
背景技术
随着武器装备性能提升，具有更高使用温度和更好综合性的新材料将逐步取代现有成熟合金是材料应用发展的大趋势。高温钛合金最初是指专用于航空发动机高温结构件的一类钛合金材料，在现代发动机低压和高压压气机部位有广泛应用。高温钛合金材料技术的发展有力推动了现代高比重比发动机的技术进步，是航空航天关键部件用关键高温结构材料之一。
TC25G钛合金是苏联90年代研制成功的一种α+β型钛合金，该合金具有耐高温、高强度、高韧性的特点。同传统高温钛合金相比，该合金的综合性能有着明显的优势，且随着温度升高，优势明显。据资料介绍该合金500℃以下的工作寿命可达6000h以上，在550℃工作寿命达3000h以上。
TC25G钛合金铸造组织为粗大的魏氏片层组织，塑性较差。此外由于铸造零件一般不能通过变形提高合金的塑性，因此很多钛合金的铸件的使用范围受到了限制。
发明内容
本发明的针对TC25G钛合金铸件组织调控困难、塑形差等问题；为了解决上述技术问题，本发明结合TC25G钛合金相变特征，提供了一种TC25G 钛合金铸件的热处理工艺，具体技术方案如下：
2.一种TC25G钛合金铸件的热处理工艺，其特征在于：具体步骤如下：
步骤1)将TC25G钛合金铸件加热至β转变温度以下3～5℃(T1)保温t1分钟后炉冷至T2，然后继续保温t2分钟后再炉冷T3……，依次类推，至铸件冷至Tm并保温60～120min；随后再升温至Tn并保温60～120min，然后再炉冷至Tm并保温60～120min，再升温至Tn并保温60～120min……，以此类推循环3～5次，最后铸件炉冷至Tm并保温60～120min后直接空冷至室温；
步骤2)将TC25G钛合金铸件加热至500～600℃并保温2～8h随后出炉空冷至室温；其中，ti(i＝1，2，3……)为保温时间，30min≤ti≤120min； Ti(i＝1，2，3……)为保温温度，要求满足T1＞T2＞T3＞……＞Tn＞……Tm且相邻温度的间隔不超过4℃；Tn、Tm为相变点一下某一温度，要求Tn在β转变温度以下25～35℃，5℃≤Tn-Tm≤10℃。
所述一种TC25G钛合金铸件的热处理工艺，其优选方案为所述TC25G 钛合金铸件最终得到双态组织，初生α呈短棒状或球状，含量约30％～40％，其室温拉伸强度可以达到1050MPa，室温延伸率较原始铸造组织相比由 2～5％提升至8％以上；550℃拉伸强度可以达到800MPa。
所述的一种TC25G钛合金铸件的热处理工艺，其优选方案为所述步骤 1)中所述的炉冷速率应控制在在0.2～1℃/分钟之间。
有益效果：
本发明结合TC25G钛合金的相变特点，使铸件热处理后最终得到双态组织，初生α呈短棒状或球状，含量约30％～40％。与传统热处理工艺得到的片层组织相比，该工艺可以在保证室温强度变化不大的情况下，使室温延伸率由2～5％提升至8％以上；550℃拉伸强度可以达到800MPa，延伸率可达12％以上。同时该工艺还可以提高合金性能稳定性，最终实现合金强塑性良好的匹配。
附图说明
图1为本发明实施例1热处理后的TC25G铸件的显微组织照片；
图2为本发明实施例2热处理后的TC25G铸件的显微组织照片。
具体实施方式
实施例1：
本实施例所用材料是规格为直径25mm，长度为200mm的TC25G钛合金铸棒，其成分为6.64Al-1.89Sn-3.73Zr-4.05Mo-0.2Si-1.01W，其余为Ti和不可避免的杂质元素，合金的相变点为985℃；
步骤1)将TC25G钛合金铸件加热至981℃保温60分钟后炉冷至 978℃，继续保温60分钟后再炉冷975℃，继续保温60分钟后再炉冷972℃，继续保温60分钟后再炉冷969℃，继续保温60分钟后再炉冷966℃，继续保温60分钟后再炉冷963℃，继续保温60分钟后再炉冷960℃，继续保温 60分钟后再炉冷957℃，继续保温60分钟后再炉冷954℃，继续保温60 分钟再炉冷至951℃，继续保温60分钟再炉冷至948℃，继续保温60分钟升温至955℃，继续保温60min再炉冷至948℃，继续保温60min载升温至955℃，继续保温60min再炉冷至948℃，继续保温60min载升温至955 ℃，继续保温60min再炉冷至948℃，最后保温120分钟后出炉空冷至室温。
步骤2)将铸件加热至540℃并保温60h后空冷至室温。
热处理后对铸件进行力学性能测试，并同原始铸件(对比铸件一)和传统热处理工艺下的铸件(对比铸件二)进行对比，结果如表1、表2所示。表1为实施例同对比铸件的室温拉伸性能对比，从表中可以看出，实施例1 铸件的抗拉强度均值达到1082.5MPa，延伸率均值达到8.75％，远高于对比铸件一和对比铸件二，同时其力学性能稳定性优于对比铸件。表2为实施例同对比铸件的550℃性能对比，可以看出实施例1的铸件550℃抗拉强度均值为815.5MPa，延伸率均值为14.5％，均高于对比铸件一和对比铸件二。
表1 TC25G铸件的室温拉伸性能
表2 TC25G铸件的550℃拉伸性能
实施例2：
本实施例所用材料是规格为Φ450mm×430mm×600mm的TC25G钛合金铸造桶装材料，其成分为6.64Al-1.89Sn-3.73Zr-4.05Mo-0.2Si-1.01W，其余为Ti和不可避免的杂质元素，合金的相变点为985℃；
步骤1)将TC25G钛合金铸件加热至981℃保温60分钟后炉冷至978℃，继续保温60分钟后再炉冷976℃，继续保温60分钟后再炉冷974℃，继续保温60分钟后再炉冷972℃，继续保温60分钟后再炉冷969℃，然后继续保温90分钟后再炉冷966℃，继续保温60分钟后再炉冷963℃，然后继续保温90分钟后再炉冷960℃，继续保温90分钟后再炉冷957℃，然后继续保温90分钟后再炉冷954℃，继续保温120分钟后再炉冷951℃，继续保温120分钟再炉冷至948℃，继续保温120分钟升温至955℃，继续保温 120min再炉冷至948℃，继续保温120min载升温至955℃，继续保温120min 再炉冷至948℃，继续保温120min载升温至955℃，继续保温120min再炉冷至948℃，最后保温120分钟后出炉空冷至室温。
步骤2)将铸件加热至540℃并保温60h后空冷至室温。
对热处理后的铸件进行力学性能测试，并同原始铸件(对比铸件一) 和传统热处理工艺下的铸件(对比铸件二)进行对比，结果如表3、表4所示。
表3为实施例同对比铸件的室温拉伸性能对比，从表中可以看出，实施例2铸件的抗拉强度均值达到1077.5MPa，延伸率均值达到8.75％％，远高于对比铸件一和对比铸件二，同时其力学性能稳定性优于对比铸件。表4 为实施例2同对比铸件的550℃性能对比，可以看出实施例2的铸件550℃抗拉强度均值为808.5MPa，延伸率均值为14.25％，均高于对比铸件一和对比铸件二。
表3 TC25G钛铸件的室温拉伸性能
表4 TC25G钛铸件的550℃拉伸性能
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种TC25G钛合金铸件的热处理工艺，其特征在于：具体步骤如下：
步骤1)将TC25G钛合金铸件加热至T1保温t1分钟后炉冷至T2，然后继续保温t2分钟后再炉冷T3……，依次类推，至铸件冷至Tm并保温60～120min；随后再升温至Tn并保温60～120min，然后再炉冷至Tm并保温60～120min，再升温至Tn并保温60～120min……，以此类推循环3～5次，最后铸件炉冷至Tm并保温60～120min后直接空冷至室温；
步骤2)将TC25G钛合金铸件加热至500～600℃并保温2～8h随后出炉空冷至室温；
其中，t1为β转变点以下3℃-5℃；ti为保温时间，i＝1，2，3……；30min≤ti≤120min；Tn、Tm为保温温度，要求满足T1＞T2＞T3＞……＞Tn＞……Tm且相邻温度的间隔不超过4℃；要求Tn在β转变温度以下25～35℃，5℃≤Tn-Tm≤10℃。
2.根据权利要求1所述一种TC25G钛合金铸件的热处理工艺，其特征在于：所述TC25G钛合金铸件最终得到双态组织，初生α呈短棒状或球状，含量约30％～40％，其室温拉伸强度可以达到1050MPa，室温延伸率较原始铸造组织相比由2～5％提升至8％以上；550℃拉伸强度可以达到800MPa。
3.根据权利要求1所述一种TC25G钛合金铸件的热处理工艺，其特征在于：所述步骤1)中的炉冷速率应控制在在0.2～1℃/分钟之间。
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