CN114774817B - 一种Ti6246合金铸件的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ti6246铸件的热处理工艺，将Ti6246合金铸件加热至Tβ以下3～5℃(T1)保温t1分钟后炉冷至T2，继续保温t2分钟后再炉冷T3……，依次类推，直至冷却至Ti并保温ti分钟，随后再将铸件升温至Tβ以下10～15℃，再按照前述过程再次降温至Tn。最后铸件在Tn保温60～120min后直接出炉冷却至室温。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＞……＞Ti＞……Tn，且相邻温度的间隔不超过4℃；Tn为铸件最后的保温温度，要求Ti在Tβ以下25～35℃、Tn在Tβ以下40～50℃。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术领域，具体涉及到一种Ti6246合金铸件的热处理工艺。
背景技术
随着航空航天工业和制造工业技术的快速发展，飞行器产品性能对轻质、高强结构需求大幅提升，超大尺寸钛合金结构件逐渐应用在产品设计中。Ti6246属于α+β型两相钛合金，其名义成分为Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo，该合金具有良好的热加工性，既可以在两相区加工，也可以在β相区加工。两相区加工和热处理时，组织主要为β转变基体上存在等轴的初生α；β相区热加工的组织为网篮组织。合金的长期使用温度可达400℃，短期使用温度可达540℃，主要用于制造航空发动机的风扇盘、叶片和压气机盘等厚截面构件。
Ti6246合金目前主要以锻件的形式应用于各个行业中，而以铸件形式的应用相对较少，且Ti6246合金中含有较多的β稳定元素，因此铸造Ti6246组织中的原始β晶粒普遍粗大，且铸件冷却过程中易形成马氏体，这些因素使合金铸件的强度提高，但是塑性较差。且由于铸造构件无法通过变形工艺改善铸造组织，所以需要通过热处理对其组织进行调整。在常规热处理过程中，较多的β稳定元素使初生α板条球化困难，难以改善合金的塑性。
发明内容
本发明的针对Ti6246合金铸件组织调控困难、塑性差等问题；为了解决上述技术问题，结合Ti6246合金成分特点和相变特征，提供了一种Ti6246合金铸件的热处理工艺，具体方案如下：
一种Ti6246合金铸件的热处理工艺，包含如下步骤：
步骤1)将Ti6246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，直至冷却至Ti并保温ti分钟；
步骤2)将炉温升至β转变温度以下10～15℃，并按照步骤1)的冷却方式再次降温至Tn；最后铸件在Tn保温60～120min后直接出炉冷却至室温；
步骤3)将铸件加热至550～650℃并保温4～10h，随后出炉空冷；
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＞……＞Ti＞……Tn，且相邻温度的间隔不超过4℃；Tn为铸件最后的保温温度，要求Ti在β转变温度以下25～35℃、Tn在β转变温度以下40～50℃。
所述一种Ti6246合金铸件的热处理工艺，其优选方案为所述Ti6246合金的铸件最终得到双态组织，初生α相含量在20～40％之间，其室温拉伸强度能够达到1250MPa，延伸率较原始铸造组织相比提高50％以上；450℃拉伸强度能够达到850MPa。
所述一种Ti6246合金铸件的热处理工艺，其优选方案为步骤1)和步骤2)中的冷却速率应在0.1℃/min～1℃/min之间。
有益效果：
本发明是结合了Ti6246钛合金成分及相变特征而制定出的热处理工艺，同传统工艺相比，该工艺下的Ti6246钛合金呈双态组织，初生α相含量在20～40％之间，其室温拉伸强度可以达到1250MPa，延伸率较原始铸造组织相比有显著提升；450℃拉伸强度可以达到850MPa。
附图说明
图1为本发明实施例1热处理后的Ti6246铸件的显微组织照片；
图2为本发明实施例2热处理后的Ti6246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Ti6246合金铸棒，其成分为Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo，其合金相变点为935℃；
步骤1)将Ti6246合金铸件加热至930℃保温60分钟后炉冷至927℃，继续保温60分钟后再炉冷至924℃，继续保温60分钟后再炉冷至921℃，继续保温60分钟后再炉冷至918℃，继续保温60分钟后再炉冷至915℃，继续保温60分钟后再炉冷至912℃，继续保温60分钟后再炉冷至909℃，继续保温60分钟后再炉冷至906℃，继续保温120分钟后再炉冷至903℃，继续保温120分钟后再炉冷至900℃；
步骤2)铸件在900℃继续保温120分钟后再次升温至920℃，继续保温60分钟后再炉冷至917℃，继续保温60分钟后再炉冷至914℃，继续保温60分钟后再炉冷至911℃，继续保温60分钟后再炉冷至908℃，继续保温60分钟后再炉冷至905℃，继续保温60分钟后再炉冷至902℃，继续保温60分钟后再炉冷至899℃，最后铸件降温至900℃并保温120分钟后出炉空冷至室温；
步骤3)铸件加热至590℃并保温6小时，随后出炉空冷。
其中，步骤1)和步骤2)中了炉冷速率均为0.2℃/min。
表1、表2为实施1例同对比铸件的性能对比，表中对比铸件一未做任何热处理，对比铸件二采用的传统热处理工艺。从表1中可以看出，实施例1铸件的室温抗拉强度均值达到了1412MPa，延伸率均值为4.5％，同对比铸件一和对比铸件二相比，在强度不变的前提下塑性得到了显著的提升。在表2中，实施例1铸件的450℃抗拉强度均值为886.5MPa，延伸率均值为14.75％，其塑性同对比铸件一和对比铸件二相比均有显著提升。
表1 Ti6246铸件的室温拉伸性能
表2 Ti6246铸件的450℃拉伸性能
实施例2：
本实施例所用材料是规格为Φ450mm×430mm×600mm的Ti6246合金铸造桶装材料，其成分为Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo，其合金相变点为935℃；
步骤1)将Ti6246合金铸件加热至930℃保温60分钟后炉冷至927℃，继续保温60分钟后再炉冷至924℃，继续保温60分钟后再炉冷至921℃，继续保温60分钟后再炉冷至918℃，继续保温60分钟后再炉冷至915℃，继续保温60分钟后再炉冷至912℃，继续保温60分钟后再炉冷至909℃，继续保温60分钟后再炉冷至906℃，继续保温120分钟后再炉冷至903℃，继续保温120分钟后再炉冷至900℃；
步骤2)铸件在900℃继续保温120分钟后再次升温至920℃，继续保温60分钟后再炉冷至917℃，继续保温60分钟后再炉冷至914℃，继续保温60分钟后再炉冷至911℃，继续保温60分钟后再炉冷至908℃，继续保温120分钟后再炉冷至905℃，继续保温120分钟后再炉冷至902℃，继续保温120分钟后再炉冷至899℃，最后铸件降温至900℃并保温120分钟后出炉空冷至室温；
步骤3)将铸件加热至590℃并保温6h后随后出炉空冷。
其中，步骤1)和步骤2)中的炉冷速率均为0.2℃/min。
表3、表4为实施例2同对比铸件的性能对比，表中对比铸件一未做任何热处理，对比铸件二采用的传统双重退火工艺，从表3中可以看出，实施例1铸件的室温抗拉强度均值达到了1404.5MPa，延伸率均值为4.75％，同对比铸件一和对比铸件二相比，在强度不变的前提下塑性得到了显著的提升。表4为实施例2同对比铸件的450℃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为877.5MPa，延伸率均值为15.25％，其塑性同对比铸件一和对比铸件二相比均有显著提升。
表3 Ti6246铸件的室温拉伸性能
表4 Ti6246铸件的450℃拉伸
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Ti6246合金铸件的热处理工艺，其特征在于：包含如下步骤：
步骤1)将Ti6246合金铸件加热至T1进行保温，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，直至冷却至Ti并保温ti分钟；
步骤2)将炉温升至β转变温度以下10～15℃，并按照步骤1)的冷却方式再次降温至Tn；最后铸件在Tn保温60～120min后直接出炉冷却至室温；
步骤3)将铸件加热至550～650℃并保温4～10h，随后出炉空冷；
其中，ti为保温时间，30min≤ti≤120min；Ti、Tn为保温温度，要求满足Tβ＞T1＞T2＞T3＞……＞Ti＞……Tn，且T1在Tβ以下3℃～5℃，其他相邻温度的间隔不超过4℃；Tn为铸件最后的保温温度，要求Ti在β转变温度以下25～35℃、Tn在β转变温度以下40～50℃。
2.根据权利要求1所述一种Ti6246合金铸件的热处理工艺，其特征在于：所述Ti6246合金的铸件最终得到双态组织，初生α相含量在20～40％之间，其室温拉伸强度能够达到1250MPa，延伸率较原始铸造组织相比提高50％以上；450℃拉伸强度能够达到850MPa。
3.根据权利要求1所述一种Ti6246合金铸件的热处理工艺，其特征在于：步骤1)和步骤2)中的冷却速率应在0.1℃/min～1℃/min之间。
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