[發明專利]一種在近α鈦合金中獲得三態組織的方法

有效

• 申請號: 201210273312.0
• 申請日: 2012-08-02
• 公開（公告）號: CN102758160A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 孫志超;郭雙雙;楊合;張玨
• 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鈦合金通過熱處理獲得三態組織的方法。

背景技術

近α鈦合金具有比α+β類鈦合金更好的熱穩定性和焊接性，比α鈦合金更好的壓力加工性能，通常在航空、航天等領域應用于關鍵的承力結構件。這些構件服役環境惡劣，不但要求高精度，更要求高性能和高可靠性，也就是說，既要求好的室溫塑性和熱穩定性，又要求好的強度、高溫性能（持久、蠕變）、斷裂韌性、疲勞性能、抗裂紋擴展能力。實際生產中的近α鈦合金棒材、板材或鍛坯（經過熔煉、軋制或改鍛）往往是等軸組織。鈦合金微觀組織決定力學性能，從而決定了其服役性能。等軸組織和片層組織是近α鈦合金的兩種典型組織，這兩種組織在塑性、熱穩定性、高溫性能、抗疲勞裂紋擴展能力和斷裂韌性上各有優缺點，各性能的合理匹配始終沒有很好解決。周義剛等人在《近β鍛造推翻陳舊理論發展了三態組織》中提出了由20%等軸α、50%~60%條狀α和β轉變基體組成的三態組織。三態組織綜合了上述兩種組織的優點，不僅具有好的塑性，同時具有高的熱強性和斷裂韌性，綜合性能優于其它類型的組織。因此，獲得具有三態組織的鈦合金零（構）件常常是生產中追求的目標。

而獲得三態組織的近β鍛造技術需要在β轉變點以下10~20℃進行鍛造，鍛造時由于金屬激烈流動，存在變形熱而導致溫升效應，同時流動不均勻導致鍛件不同位置的溫升程度不同，會導致鍛件局部過熱，若要避免局部過熱就會使鍛造更加復雜。因此，該技術存在鍛造溫度區間較窄，不易于溫度控制的問題。哈爾濱工業大學在已授權的公告號為CN?101717904的發明專利中提出了一種通過兩個步驟獲得三態組織的方法：第一步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℃的溫度范圍內保溫一定時間后水冷，第二步加熱到低于β轉變點40~60℃的溫度范圍內保溫一定時間后空冷，獲得三態組織。該專利中要求初始組織為雙態組織，但是用于成形鈦合金零件的原始棒材、板材或鍛坯一般為等軸組織，為了獲得雙態組織還需要對等軸組織進行專門的預處理。西北工業大學在公開號為CN?102212745A的發明專利申請中提出了一種在鈦合金局部加載成形中獲得三態組織的方法。該方法中，鈦合金經過局部加載成形、精整和熱處理后獲得成形鍛件，通過控制局部加載成形的參數獲得三態組織。但在該發明中，仍然需要經過低于β轉變點10～20℃的近β鍛造，而近β鍛造會因為不均勻變形熱效應，使得鍛件局部溫度過高，或者使得鍛造的控制更加復雜。

發明內容

為克服現有技術中存在的近β鍛造會因為不均勻變形熱效應，使得鍛件局部溫度過高，或者使得鍛造的控制更加復雜，以及對初始組織為雙態組織的限制的不足，本發明提出了一種在近α鈦合金中獲得三態組織的方法。

本發明的具體步驟是：

步驟一，近β溫度熱處理；將電阻爐加熱至低于β轉變點10～20℃；將試樣放入電阻爐中；電阻爐升溫至低于β轉變點10～20℃開始保溫，保溫時間根據鈦合金試樣截面等效圓直徑確定；鈦合金試樣截面等效圓直徑每1mm保溫0.6～4min；保溫結束后，在0.2min內將試樣浸沒至水中，通過水冷的方式將該試樣冷卻至室溫，使試樣組織改變為α_等軸+馬氏體；

步驟二，兩相區溫度熱處理；將電阻爐加熱至低于β轉變點50～60℃；將得到的組織為α_等軸+馬氏體的鈦合金試樣放入電阻爐中；當電阻爐升溫至低于β轉變點50～60℃開始保溫，保溫時間是步驟一中保溫時間的基礎上增加20～60min；保溫結束后取出試樣空冷至室溫，使試樣組織改變為α_等軸+α_條片+β_轉；

步驟三，時效；將得到的組織為α_等軸+α_條片+β_轉的鈦合金試樣放入溫度為550～650℃的電阻爐中；當電阻爐的溫度達到550～650℃時開始保溫；保溫時間為60～360min；保溫結束后取出鈦合金試樣空冷到室溫，達到具有三態組織的鈦合金。

為了解決獲得三態組織鈦合金的近β鍛造的工作溫度區間較窄不易控制的問題，以及熱處理制度對初始組織的要求為雙態組織的問題，本發明提供了一種在近α鈦合金上獲得三態組織的熱處理方法。