CN115305426B - 一种超高强度钛合金在热处理过程中冲温处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高强度钛合金在热处理过程中冲温处理方法，包括(1)在模锻件上开孔；(2)在孔内安装热电偶；(3)热处理，并在热处理过程中通过热电偶实时记录温度；(4)根据记录温度判断是否冲温；(5)若发生冲温，调整热处理温度；(6)热处理后采用空冷冷却；本发明通过在模锻件相应位置安装热电偶，用于实时测量模锻件在热处理过程中的温度，并根据该温度判断当前是否发生冲温现象，当发生冲温现象时，及时调整热处理的温度；有效降低温度过冲，保证模锻件热处理过程的相变均匀，α析出不受冲温影响，继而使强度达标。

Description

一种超高强度钛合金在热处理过程中冲温处理方法
技术领域
本发明属于超高钛合金模锻处理技术领域，具体涉及一种超高强度钛合金在热处理过程中冲温处理方法。
背景技术
超高强度钛合金(Ti-Al-Mo-V-Cr-Nb)具有强度＞1300MPa，延伸率＞5％，并能保持＞70MPa.m1/2断裂韧性特点，具有优异的力学性能和抗腐蚀性能，是航空工业中重要的承力结构材料，具有重要的应用前景。
超高强度钛合金成分复杂，β稳定元素较多，其模锻件在热处理过程中会因亚稳β相分解析出细小的α相。由于元素扩散复杂且相变较快，超高强度钛合金在热处理过程中会因相变潜热而发生冲温现象，即相变过程中产生的热量使得整个锻件的温度高于实际设定的温度。冲温现象会变相使得热处理温度增高，将析出的α相粗化，降低锻件的强化效应，使得锻件的强度偏低。然而，实际生产过程中，大型工业热处理炉自身存在温度的波动性，加之超高强度钛合金自身相变放热，会使得锻件整体的温度难以判定和控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高强度钛合金在热处理过程中冲温处理方法，该方法通过在模锻件上安装热电偶，实时测量热处理过程中模锻件的温度，根据测定温度判断是否冲温，并根据冲温调节热处理的温度，可提高模锻件的强度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种超高强度钛合金在热处理过程中冲温处理方法，包括如下步骤：
(1)在超高强度钛合金模锻件的截面相对厚度最大的两处开孔，分别为孔A和孔B，孔A和孔B的孔深均为厚度有效值的1/2，同时在超高强度钛合金模锻件表面靠近孔A和孔B处分别开孔C和孔D，孔深为2mm；
(2)在孔A上安装有第一热电偶，孔C上安装有第二热电偶，孔B上安装有第三热电偶，孔D上安装有第四热电偶；
(3)先将热处理炉加热至设定的温度，然后将安装热电偶的模锻件放入热处理炉内；
(4)通过热电偶记录模锻件在升温和保温阶段的变化，并根据热电偶采集的温度数据判断当前是否冲温；
判断冲温：当第一热电偶采集的温度高于设定温度12～27℃，第三热电偶采集的温度高于设定温度10～22℃，第二热电偶和第四热电偶采集的温度高于设定温度5～10℃时，则认为超高强度钛合金模锻件发生相变潜热而导致模锻件整体冲温；
当第一热电偶采集的温度高于设定温度12～27℃，或者第三热电偶采集的温度高于设定温度10～22℃，第二热电偶和第四热电偶采集的温度高于设定温度5～10℃时，则认为超高强度钛合金模锻件发生相变潜热而导致模锻件局部冲温；
(5)若超高强度钛合金模锻件发生冲温，则调节热处理炉功率，使热处理炉的温度降低，让炉内的温度在低于设定的温度的10～20℃；
若超高强度钛合金模锻件发生整体冲温，调节热处理炉功率使炉温降低至设定温度之下15～20℃；若超高强度钛合金锻件发生局部冲温，调节热处理炉功率使炉温降低至设定温度之下10～15℃；
(6)热处理完成后，将锻件转移至空气中，空冷至室温。
进一步地，步骤(2)中所述第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶和第四热电偶均采用铠装式热电偶，并且通过焊接的方式将铠装式热电偶安装在孔内，并安装后将热电偶密封在孔内。
本发明通过在模锻件相应位置安装热电偶，用于实时测量模锻件在热处理过程中的温度，并根据该温度判断当前是否发生冲温现象，当发生冲温现象时，及时调整热处理的温度；有效降低温度过冲，保证模锻件热处理过程的相变均匀，α析出不受冲温影响，继而使强度达标。
附图说明
图1为本发明热电偶安装示意图。
图2为本发明第一热电偶和第二热电偶在热处理过程采集温度变化示意图。
图3为本发明第三热电偶和第四热电偶在热处理过程采集温度变化示意图。
图4为未处理冲温的模锻件显微镜组织图。
图5为本发明处理冲温后的模锻件显微镜组织图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实施例提供的一种超高强度钛合金在热处理过程中冲温处理方法法，包括如下步骤：
(1)在超高强度钛合金模锻件的截面相对厚度最大的两处开孔，分别为孔A和孔B，孔A和孔B的孔深均为厚度有效值的1/2，同时在超高强度钛合金模锻件表面靠近孔A和孔B处分别开孔C和孔D，孔深为2mm。
(2)在孔A上安装有第一热电偶h1，靠近孔A的孔C上安装有第二热电偶h2；在孔B上安装有第三热电偶h3，孔D上安装有第四热电偶h4，如图1所示；所述第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶和第四热电偶均采用铠装式热电偶，并且通过焊接的方式将铠装式热电偶安装在孔内，并安装后将热电偶密封在孔内。
(3)先将热处理炉加热至设定的温度，本实施例设定温度的502℃，然后将安装热电偶的模锻件放入热处理炉内，开启测温模式。
(4)记录模锻件在升温和保温阶段的变化，并根据热电偶采集的温度数据判断当前是否冲温，判定冲温方法为：当第一热电偶h1采集的温度高于温度12～27℃，第三热电偶h3采集的温度高于温度10～22℃，第二热电偶h2和第四热电偶h4采集的温度高于温度5～10℃时，则认为超高强度钛合金模锻件发生相变潜热而导致锻件整体冲温；当第一热电偶h1采集的温度高于设定温度12～27℃，或者第三热电偶h3采集的温度高于设定温度10～22℃，第二热电偶h2和第四热电偶h4采集的温度高于设定温度5～10℃时，则认为超高强度钛合金模锻件发生相变潜热而导致锻件局部冲温。记录的温度变化示意图如图2和如图3所示，图2中模锻件在第一热电偶h1处实际温度最高为551℃，冲温21℃，在第二热电偶h2采集的温度最高为539℃，冲温9℃，图3中模锻件在第三热电偶h3处实际温度最高为548℃，冲温18℃，在第四热电偶h4最高温度为539℃，冲温9℃。
(5)若超高强度钛合金模锻件发生冲温，则调节热处理炉功率，使热处理炉的温度降低，让炉内的温度在低于设定的温度的10～20℃；具体地，超高强度钛合金锻件发生整体冲温后，调节热处理炉功率，将炉温降低至设定温度之下15～20℃。超高强度钛合金锻件发生局部冲温后，手动调节热处理炉功率，将炉温降低至设定温度之下10～15℃；根据图2和图3可判断为整体冲温，因此在120min后调整热处理炉的功率，使其温度降低15～20℃。
(6)热处理完成后，将锻件转移至空气中，空冷至室温。
将通过本实施例时效处理后的模锻件和直接采用时效处理的模锻件获取显微镜组织图，分别如图4和如图所示，图4锻件发生相变冲温后，不采取控制措施的显微组织图，发现次生α相明显粗化，图5锻件发生相变冲温后，采取控制措施的显微组织图，发现次生α相析出较为细小均匀。同时检测其力学性能，如表1所示。
表1力学性能测试结果表
样品信息 抗拉强度 屈服强度 延伸率 断面收缩率
冲温未采取措施 1232MPa 1168MPa 8.6％ 13.5％
冲温采取措施 1325MPa 1205MPa 6.2％ 10.5％
标准要求 ＞1300MPa ＞1190MPa ＞5.0％ ＞8.0％
力学性能测试表明，如果锻件冲温不采取措施，则会出现强度较低不符合标准；通过采取本实施例中的判定方法和控制措施，所有性能指标达到标准要求。
以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种超高强度钛合金在热处理过程中冲温处理方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在超高强度钛合金模锻件的截面相对厚度最大的两处开孔，分别为孔A和孔B，孔A和孔B的孔深均为厚度有效值的1/2，同时在超高强度钛合金模锻件表面靠近孔A和孔B处分别开孔C和孔D，孔深为2mm；
(2)在孔A上安装有第一热电偶，孔C上安装有第二热电偶，孔B上安装有第三热电偶，孔D上安装有第四热电偶；
(3)先将热处理炉加热至设定的温度，然后将安装热电偶的模锻件放入热处理炉内；
(4)通过热电偶记录模锻件在升温和保温阶段的变化，并根据热电偶采集的温度数据判断当前是否冲温；
判断冲温：当第一热电偶采集的温度高于设定温度12～27℃，第三热电偶采集的温度高于设定温度10～22℃，第二热电偶和第四热电偶采集的温度高于设定温度5～10℃时，则认为超高强度钛合金模锻件发生相变潜热而导致模锻件整体冲温；
当第一热电偶采集的温度高于设定温度12～27℃，或者第三热电偶采集的温度高于设定温度10～22℃以及第二热电偶和第四热电偶采集的温度高于设定温度5～10℃时，则认为超高强度钛合金模锻件发生相变潜热而导致模锻件局部冲温；
(5)若超高强度钛合金模锻件发生整体冲温，调节热处理炉功率使炉温降低至设定温度之下15～20℃；若超高强度钛合金锻件发生局部冲温，调节热处理炉功率使炉温降低至设定温度之下10～15℃；
(6)热处理完成后，将锻件转移至空气中，空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种超高强度钛合金在热处理过程中冲温处理方法，其特征在于：步骤(2)中所述第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶和第四热电偶均采用铠装式热电偶，并且通过焊接的方式将铠装式热电偶安装在孔内，并安装后将热电偶密封在孔内。
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