[發明專利]一種通過爐冷在雙相鈦合金中獲得三態組織的方法

有效

• 申請號: 201310014674.2
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103122442A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 楊合;孫志超;郭雙雙;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，具體是一種在等軸組織或雙態組織的雙相鈦合金中通過爐冷獲得三態組織的熱處理方法。

背景技術

雙相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。尤其在航空中作為關鍵的承力結構件，既要求好的室溫強度塑性、斷裂韌性、疲勞性能、抗裂紋擴展能力和又要求好的高溫性能。鈦合金微觀組織決定了其服役性能。雙相鈦合金具有等軸組織、雙態組織、魏氏組織、網籃組織和三態組織。前四種組織在塑性、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和剩余的β轉變組織組成的三態組織。三態組織綜合了前四種組織的優點，綜合性能最佳。因此，獲得具有三態組織的雙相鈦合金零構件常常是生產中追求的目標。

而周義剛等人獲得三態組織的近β鍛造技術必須在β轉變點以下10～20℃進行等溫鍛造，鍛造時鍛坯因為不均勻變形，不同部位金屬流動速率不同，導致不均勻的變形熱效應，又因為鍛坯與模具、模具與外界始終存在熱傳導，使得鍛件溫度變化更加復雜，所以鍛造過程對溫度的控制非常困難，很容易導致鍛坯局部溫度超出或低于近β溫度的范圍。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CN101717904的發明專利中提出了一種通過兩個步驟獲得三態組織的熱處理方法：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，但是用于成形雙相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CN102212745A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鍛造的溫度區間較窄，不易于溫度控制。西北工業大學在申請號為201210273814.3和201210273312.0的發明專利申請中提出了在等軸組織鈦合金中獲得三態組織的熱處理方法，在該方法中不需要近β熱變形，溫度易于控制且對等軸組織鈦合金可直接使用，但這兩個專利對三態組織中的次生片狀α的厚度的調節的靈活度不夠高，其獲得三態組織中的次生片狀α的厚度偏小，對于那些需要更大厚度次生片狀α的零構件來說，可能出現組織不達標的問題。西北工業大學在申請號為CN201210273255.6和CN201210273254.1的發明專利申請中提出了α+β兩相區鍛造加上后續熱處理獲得三態組織的方法，在該方法中，鍛造屬于常規鍛造，鍛造溫度區間比近β鍛造范圍更寬，溫度更易控制，且加熱溫度更低，避免了高溫多火次加載晶粒易粗化的問題，但這兩個專利對于那些形狀已經確定不能夠再變形的零構件來說已經無法使用。

發明內容

為克服現有技術中存在的溫度區間較窄，不便于控制鍛造溫度的問題，以及對初始組織為雙態組織的限制的不足，以及所獲三態組織中次生片狀α的厚度偏小的問題，本發明提出了一種通過爐冷在雙相鈦合金中獲得三態組織的方法。

本發明的具體步驟為：

步驟一，近β溫度保溫水冷。

將電阻爐加熱至雙相鈦合金的近β溫度。將試樣放入電阻爐中。電阻爐升溫至低于雙相鈦合金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；所述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。所述合金的近β溫度是低于合金β轉變點10～20℃溫度范圍。