[發明專利]一種近α鈦合金在α+β兩相區獲得三態組織的方法

有效

• 申請號: 201210273254.1
• 申請日: 2012-08-02
• 公開（公告）號: CN102758158A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 孫志超;楊合;曹欣
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術領域

本發明涉及鈦合金熱加工技術領域，具體是一種近α鈦合金獲得三態組織的鍛造與熱處理工藝。

背景技術

鈦合金作為一種高性能的材料，具有密度小、比強度高、耐高溫、耐腐蝕等優點，在航空航天、石油化工、生物制藥等領域占有重要的地位。近α鈦合金(如TA15)具有α鈦合金良好的熱強性和可焊性以及接近于α+β型鈦合金的工藝塑性。與鑄造相比，鍛造可以生產橫截面積更大的產品，同時通過合理的加工和嚴格的工藝控制，產品性能重現性好。鈦合金鍛件作為飛機等關鍵承力構件，因其服役環境惡劣，要求具有優異的綜合性能(室溫/溫性能、斷裂韌性等)。在鈦合金的典型微觀組織中，三態組織由約20%等軸α、50~60%條狀α和β轉變基體組成，不僅具有好的塑性，同時具有高的高溫性能、低周疲勞性性能和斷裂韌性，其綜合性能優異，能夠滿足鈦合金航空鍛件的服役要求。近十多年來，周義剛等在《近β鍛造推翻陳舊理論發展了三態組織》中、哈爾濱工業大學在已授權的公告號為CN?101717904的發明專利中、西北工業大學在公開號為CN?102212745A的發明專利申請中提出了獲得三態組織鈦合金的方法。近β鍛造在中國航空工業標準HB/Z?199-2005《鈦合金鍛造工藝》中規定為“在β轉變溫度(T_β)以下10℃~20℃加熱后的進行鍛造”，鍛造溫度區間較窄，不宜溫度的控制，另一方面，近β鍛造的加熱溫度接近T_β，若采用大變形單火次加載會導致溫升效應而超過T_β，最終無法獲得三態組織鈦合金；若采用多火次加載，鍛件在高溫狀態下反復加熱其晶粒會發生異常長大的現象。而現有的研究表明，鈦合金在α+β兩相區常規多火次鍛后，組織粗化不明顯。西北工業大學在公開號為CN?102212745A的發明專利中表明在局部加載成形過程中，預制坯加熱溫度為T_β－(20~10℃)，即近β鍛造的變形溫度區間，因此，近β鍛造的可能出現的問題仍未解決。而哈爾濱工業大學在已授權的公告號為CN?101717904的發明專利中要求“初始組織為等軸α和β轉變組織構成的雙態組織”，而本發明對鈦合金的初始組織類型無特殊要求，因此，本發明適用多種組織類型的近α鈦合金。針對現有獲得三態組織方法的不足之處，本發明提出了對近α鈦合金經α+β兩相區常規鍛造后，再通過合理的熱處理工藝獲得三態組織的方法。

發明內容

為克服現有技術中存在的鍛造溫度區間接近β相轉變溫度T_β，高溫多火次加載晶粒易粗化，以及對初始組織為雙態組織的限制的不足，本發明提出了一種近α鈦合金在α+β兩相區獲得三態組織的方法。

本發明的具體工藝步驟為：

步驟一，α+β兩相區鍛造；

將電阻爐加熱至低于β轉變點30～50℃；將鈦合金的坯料放入電阻爐中；電阻爐升溫至低于β轉變點30～50℃開始保溫；保溫時間為25～120min；將模具加熱至低于鈦合金β轉變點40～60℃；坯料保溫結束后，將坯料置于模具中，通過常規鍛造方法將該坯料變形為鍛件；根據該坯料的鍛比確定鍛造火次：若該坯料的為鍛比≤70%，則單火次加載完成變形；若該坯料的鍛比>70%，則兩火次加載完成變形，且兩火次中該坯料的鍛比相同；

所述變形壓下速度為0.2～0.4mm/s；變形后通過水冷或空冷方式將鈦合金冷卻至室溫，得到鈦合金鍛件；

步驟二，第一次熱處理；將電阻爐加熱至低于鈦合金β轉變點10～20℃；將得到的鈦合金鍛件放入電阻爐中，將電阻爐升溫至低于鈦合金β轉變點10～20℃后開始保溫；保溫時間在兩相區鍛造前保溫時間基礎上增加60min；保溫結束后在10s內將鍛件浸沒水中，通過水冷方式將該鍛件冷卻至室溫，使鈦合金鍛件組織成為α_等軸+馬氏體；

步驟三，第二次熱處理；將電阻爐加熱至低于鈦合金β轉變點50～60℃；將組織為α_等軸+馬氏體的鈦合金鍛件放入電阻爐中，將電阻爐升溫至低于鈦合金β轉變點50～60℃開始保溫；保溫時間在兩相區鍛造前保溫時間基礎上增加60～90min；保溫時間為140min；保溫結束后取出鍛件空冷至室溫，使鍛件組織改變為α_等軸+α_條片+β_轉，即獲得了三態組織。