[發明專利]一種在雙相鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝

有效

• 申請號: 200910073419.9
• 申請日: 2009-12-15
• 公開（公告）號: CN101717904A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 朱景川;王洋;來忠紅;韓磊;劉勇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 朱永林

技術領域

本發明涉及一種在鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝，屬于鈦合金熱加工技術領域。

背景技術

鈦合金具有比強度高、耐蝕性好、耐熱性高的優點，是航天航空、石油化工、生物醫學等領域的重要材料。對于雙相鈦合金，通過不同的熱加工工藝可以獲得不同的顯微組織。雙態組織和片狀組織是雙相鈦合金的兩種典型組織。雙態組織由等軸α和β轉變組織構成，具有雙態組織的鈦合金，其塑性和熱穩定性較好，高溫性能和斷裂韌性相對較差。具有片狀組織的鈦合金，其塑性和熱穩定性相對較差，而高溫性能和斷裂韌性較好。近十多年，科研人員通過近β鍛造技術在鈦合金中獲得了三態組織，這種組織包含20％等軸α、50～60％片狀α及余下為β轉變組織。三態組織綜合了雙態組織和片狀組織的優點，因此具有良好的綜合性能，具有三態組織的鈦合金，其塑性、熱穩定性、高溫性能和斷裂韌性均較好。目前除近β鍛造技術外，尚未見報道有其它方法可在雙相鈦合金中獲得三態組織。而近β鍛造需在α+β→β轉變點以下10～20℃進行鍛造，工作溫度區間相對較窄，不便于溫度的控制。

發明內容

本發明的目的是為了解決獲得三態組織鈦合金的近β鍛造技術存在的工作溫度區間相對較窄和不便于溫度的控制的問題，進而提供一種在雙相鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝。

本發明的一種在雙相鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝的步驟為：

步驟一：第一次熱處理，將初始組織為雙態組織的鈦合金加熱到低于β轉變點10～30℃的溫度范圍內保溫，保溫時間以鈦合金材料的最大橫截面的長邊尺寸計算，即每1mm保溫60～300s，保溫結束后迅速放入水槽冷卻到室溫；

步驟二：第二次熱處理，將經過第一次熱處理后的鈦合金加熱到低于β轉變點40～60℃的溫度范圍內保溫，保溫時間在第一次熱處理保溫時間的基礎上增加30～60min，然后以空冷方式進行冷卻，得到三態組織鈦合金。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：本發明的熱處理工藝無需近β熱變形預處理，且工作溫度區間寬和便于溫度的控制；本發明的熱處理工藝簡便易行且適用范圍廣泛，只要初始組織為等軸α和β轉變組織構成的雙態組織即可，不管是退火狀態還是熱變形后冷卻狀態均可采用本發明的熱處理工藝；若應用本發明的熱處理工藝對熱變形后的鈦合金工件進行處理，則在工件滿足尺寸精度的前提下，不須對熱變形溫度做嚴格要求，只要熱變形溫度在α+β區內采用本發明的熱處理工藝均能夠獲得三態組織鈦合金。

附圖說明

圖1是β轉變點為980℃鈦合金的原始組織圖，圖2是鈦合金普通雙相區退火后的雙態組織圖，圖3是鈦合金β熱處理后的片狀組織圖，圖4是熱處理工藝曲線圖(圖中橫軸為時間，縱軸為溫度，1為第一次熱處理溫度上升曲線，2為第一次熱處理保溫曲線，3為第一次熱處理水冷曲線，4為第二次熱處理溫度上升曲線，5為第二次熱處理保溫曲線，6為第二次熱處理水冷曲線，7為β轉變點曲線)，圖5是經過第一次熱處理后的鈦合金組織圖，圖6是第二次熱處理后得到的鈦合金的三態組織圖。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式的一種在雙相鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝的步驟為：

步驟一：第一次熱處理，將初始組織為雙態組織的鈦合金加熱到低于β轉變點10～30℃的溫度范圍內保溫，所述β轉變點的溫度為1000±20℃，保溫時間以鈦合金材料的最大橫截面的長邊尺寸計算，即每1mm保溫60～300s，保溫結束后迅速放入水槽冷卻到室溫；

步驟二：第二次熱處理，將經過第一次熱處理后的鈦合金加熱到低于β轉變點40～60℃的溫度范圍內保溫，所述β轉變點的溫度為1000±20℃，保溫時間在第一次熱處理保溫時間的基礎上增加30～60min，然后以空冷方式進行冷卻，得到三態組織鈦合金。

通過步驟一可以在鈦合金組織中保留一定含量的等軸初生α相，含量在10～30％之間，余下的為馬氏體；通過步驟二可以使在第一次熱處理中得到的等軸初生α相保持原來的含量與形態，而在第一次熱處理中得到的一部分細針狀馬氏體粗化成為具有一定厚度的片狀α，另外通過空冷可獲得一定含量的β轉變組織；通過兩次熱處理就可以獲得由等軸初生α、片狀α及β轉變組織構成的三態組織鈦合金。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟一中將初始組織為雙態組織的鈦合金加熱到低于β轉變點10℃的溫度下保溫，保溫時間以鈦合金材料的最大橫截面的長邊尺寸計算，即每1mm保溫60s；步驟二中將經過第一次熱處理后的鈦合金加熱到低于β轉變點45℃的溫度下保溫，保溫時間為每1mm保溫60s的基礎上增加40min。