CN117961094A - 一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，方法包括：1)将增材制造成型件加热至β转变温度以上进行保温热处理：增材制造成型件加热至β转变温度以上10～50℃，保温时长为5～30分钟。2)将步骤1)的成型件取出后，在2分钟之内转移至β转变温度以下进行保温热处理；所述的β转变温度以下，是指β转变温度以下180～350℃，保温时长为8～30分钟。本发明通过循环热处理的方式，节约热处理时间，快速高效实现微观组织改善，提升钛及钛合金工件性能，为钛及钛合金增材制造件提供了一种快速热处理的方法。
Description
技术领域
本发明属于金属增材制造技术领域，特别涉及到一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法。
背景技术
钛及钛合金具备质轻、高强、无毒无害等优势，广泛应用于航空航天、精密设备、生物医疗、汽车等领域。使用增材制造的方式制备钛及钛合金，能够避免生产过程中繁复的铸造、锻造、轧制等过程，极大程度地提升材料利用率，同时能够直接成型复杂零件，避免复杂的机加工、焊接等步骤，提升成型件的安全性和可靠性，受到了工业界的广泛瞩目。
经过成型制备之后，钛合金往往需要进行热处理以调配获得最佳的组织搭配，进而获得良好的综合力学性能。不同的工件使用要求往往需要不同的热处理规范。例如公开号为CN 115287561的《一种钛合金热处理方法及其制备获得的多尺度多形态析出相结构》中提出，通过以不同的热处理温度和热处理时间进行搭配获得了不同的多尺度、多形态的析出相的微观组织，获得了不同力学性能搭配的钛合金材料。针对增材制备的钛合金而言，受限于快速冷却的制备成型方式，沉积态的钛合金往往呈现出α’的马氏体组织，其具备极高的拉伸强度和屈服强度，但是其塑性和韧性极差。同时由于增材制备的钛合金近终成型，尺寸较为精密，在进行热处理时往往需要考虑应力的影响，以免引起变形甚至开裂，其热处理方式需要经过精密设计和搭配，有时甚至需要专业的设备辅助。
增材制造钛合金需要解决的另一个问题为短周期的设计、制备流程。常规的热处理工艺需要经过数个至十数个小时热处理甚至更久，如公开号CN 114752812的钛合金热处理工艺中，需要经过100多个小时的热处理时间。这增加了增材制备材料的制备周期，减弱了增材制造件的短流程制备优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，为实现增材制造钛及钛合金快速、高效完成热处理以实现组织调配，制备高性能、强塑性匹配的增材制造钛及钛合金。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，方法包括：
1)将增材制造成型件加热至β转变温度以上进行保温热处理：增材制造成型件加热至β转变温度以上10～50℃，保温时长为5～30分钟。
2)将步骤1)的成型件取出后，在2分钟之内转移至β转变温度以下进行保温热处理；所述的β转变温度以下，是指β转变温度以下150～350℃，保温时长为8～30分钟。
步骤1)和步骤2)中的保温时间计时，应从热处理炉的最后一支温度显示表显示到温之后计算时间。
优选地，步骤1)和步骤2)中的保温时间应为10-15分钟。
优选地，对于厚度大于100mm的工件，需要在炉温到达设定温度之后应按照0.6min/mm进行保温以便工件芯部达到设定温度，之后再进行计算保温时间。
3)以步骤1)和步骤2)为一个循环，重复该循环若干次后将成型件取出冷却至室温；循环次数为3～12次。
冷却时采用空冷或风冷。
在成型件厚度≥50mm时，采用风冷；在成型件厚度＜50mm时，采用空冷。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中通过循环热处理的方式调控钛及钛合金组织，对增材制造钛及钛合金进行快速热处理，以期缩短增材制造钛及钛合金从制备到使用流程，实现增材制造钛及钛合金的快速装备。通过循环热处理的方式，实现钛及钛合金在完成去应力退火的同时，并利用α、β的相转变，减小晶粒尺寸，完成钛及钛合金内部组织迅速调控，进而实现塑性和强度的搭配。
通过循环热处理的方式对钛及钛合金件进行处理，能够大幅缩短热处理时间，节约时间成本和能源成本，降低功耗。通过α相和β相的反复相变，可以实现基体晶粒细化。相比于传统的单一热处理方式，通过循环热处理的方式还能够促进基体中次生α相的形成，提升工件的综合力学性能。通过循环热处理的方式进行热处理，工件的延伸率相较于沉积态能够提升约2-4倍；相较于单一热处理方式，热处理时间能够缩短约15-70％。
附图说明
图1为本发明的实施例1中的断口图。
图2为本发明的实施例2中的断口图。
图3为本发明的实施例3中的断口图。
图4为本发明的对比例1中的断口图。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
实施例1：
一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，包含以下步骤：
使用差热分析法测得厚度为16mm的TC4增材制造钛合金工件的β转变温度为975℃，将其进行β转变温度以上20℃的995℃热处理保温8分钟，而后将其在2分钟之内转移至相转变点以下175℃的800℃保温8分钟。以两个温度的保温时间为一个循环，共循环4次。在循环完成之后，从炉内取出试样并空冷至室温。
实施例2：
一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，包含以下步骤：
使用差热分析法测得厚度为25mm的TC4增材制造钛合金工件的β转变温度为975℃，将其进行β转变温度以上30℃的1005℃热处理保温12分钟，而后将其转移至相转变点以下165℃的810℃保温12分钟。以两个温度的保温时间为一个循环，共循环5次。在循环完成之后，从炉内取出试样并空冷至室温。
实施例3：
一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，包含以下步骤：
使用差热分析法测得厚度为45mm的TC4增材制造钛合金工件的β转变温度为975℃，将其进行β转变温度以上45℃的1020℃热处理保温10分钟，而后将其转移至相转变点以下150℃的825℃保温10分钟。以两个温度的保温时间为一个循环，共循环7次。在循环完成之后，从炉内取出试样并空冷至室温。
实施例4：
一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，包含以下步骤：
使用差热分析法测得厚度为120mm的TC4增材制造钛合金工件的β转变温度为975℃，将其进行β转变温度以上50℃的1025℃保温30分钟，而后将其转移至相转变点以下200℃的775℃保温30分钟。以两个温度的保温时间为一个循环，共循环3次。在循环完成之后，从炉内取出试样并风冷至室温。
实施例5：
一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，包含以下步骤：
使用差热分析法测得厚度为25mm的TA1增材制造纯钛工件的β转变温度为882℃，将其进行β转变温度以上30℃的912℃热处理保温8分钟，而后将其转移至相转变点以下182℃的700℃保温8分钟。以两个温度的保温时间为一个循环，共循环3次。在循环完成之后，从炉内取出试样并空冷至室温。
对比例1：
对厚度为16mm的TC4增材制造钛合金工件进行800℃、3小时热处理，完成热处理后，从炉内取出试样并空冷至室温。
对比例2：
对厚度为25mm的TA1增材制造纯钛工件进行700℃、1小时热处理，完成热处理后，从炉内取出。
依据国标GB/T 228.1-2021进行室温拉伸实验，图1-图4分别展现了实施例1-3和对比例的断口形貌，表1展示了依据国标GB/T 228.1-2021测试得到的力学性能数据。可见，通过循环热处理，冷硬态的钛合金组织在经过循环热处理之后，其强度降低，塑韧性极大提升，从对比例的脆性断裂转变为实验例的韧性断裂，并依据不同的热处理工艺可以获得所需的力学性能组合。
表1
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，其特征在于，方法包括：
1)将增材制造成型件加热至β转变温度以上进行保温热处理；
2)将步骤1)的成型件取出后，在2分钟之内转移至β转变温度以下进行保温热处理；
3)以步骤1)和步骤2)为一个循环，重复该循环若干次后将成型件取出冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，其特征在于，上述步骤1)是将增材制造成型件加热至β转变温度以上10～50℃。
3.根据权利要求1或2所述的一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，其特征在于，上述步骤1)的保温时长为5～30分钟。
4.根据权利要求1所述的一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，其特征在于，上述步骤2)中所述的β转变温度以下，是指β转变温度以下150～350℃。
5.根据权利要求1或4所述的一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，其特征在于，上述步骤2)的保温时长为8～30分钟。
6.根据权利要求1所述的一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，其特征在于，循环次数为3～12次。
7.根据权利要求1所述的一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，其特征在于，冷却时采用空冷或风冷。
8.根据权利要求1或7所述的一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，其特征在于，在成型件厚度≥50mm时，采用风冷；在成型件厚度＜50mm时，采用空冷。
9.根据权利要求1所述的一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，其特征在于，对于厚度大于100mm的工件，需要在炉温到达设定温度之后，按照0.6min/mm进行保温，之后再进行计算保温时间。
10.根据权利要求1所述的一种钛或钛合金增材制造件的循环热处理方法，其特征在于，上述步骤1)和步骤2)中的保温时间均为10-15分钟。
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