[發明專利]近α鈦合金混合組織中片狀α的重復退火球化方法

有效

• 申請號: 201410095986.5
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN103898428A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 孫志超;張玨;楊合;鄭立爽;韓飛孝
• 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

本發明涉及材料的熱處理方法，具體是一種近α鈦合金混合組織中片狀α重復退火球化方法。

背景技術

近α鈦合金(如TA15)具有α型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，通常在航空、航天等領域應用于關鍵的承力結構件。近α鈦合金構件室溫下的穩定組織主要由等軸α、β_轉組織和片狀α中一種或幾種組成，其力學性能主要由等軸α和片狀α的含量和形態決定。鈦合金的塑性和疲勞強度取決于組織中等軸α，而斷裂韌性和高溫蠕變性能則與片狀α有關，研究發現近α鈦合金由等軸α、β_轉組織和片狀α構成的混合組織具有優異的綜合性能。近α鈦合金結構件一般通過加熱鍛造的方式來成形，一方面鈦合金鍛造溫度區間窄、合金的導熱性差，另一方面，鈦合金在加熱過程中存在α相向β相的轉變，等軸α的含量對溫度敏感，隨著溫度的上升等軸α含量將不斷減少。在近α鈦合金熱加工時常常由于溫度控制不當或鍛造過程中大的溫升效應而導致等軸α含量較預期偏少，甚至等軸α消失，從而使得構件的性能無法滿足要求。研究發現：對于鈦合金可以通過組織中片狀α的球化來調節等軸α的含量和分布以滿足所需的組織構成和性能要求。但鈦合金在發生相變時體積膨脹率小，目前對于鈦合金中片狀α的球化主要是通過兩相區熱變形的手段來實現的，并常用于坯料改鍛等環節。西北工業大學碩士學位論文《Ti-17片狀組織球化規律》中研究了兩相區變形時片狀α的球化規律，發現：片狀α組織的球化程度與熱變形工藝參數密切相關，只有當變形程度較大且變形速率適中時才能獲得較好的球化效果，但這種方法過程復雜、成本較高，且對于已經通過鍛造、特別是終鍛成形了的構件，已具有了一定的形狀，將無法再次采用兩相區變形的方法進行片狀α的球化。因此，通過單純熱處理的方法實現片狀α球化以滿足構件組織和性能要求成為一種解決上述問題的有效手段。

在公開號為CN102399954A的發明創造中公開了一種高碳珠光體鋼變溫處理快速球化方法，該方法采用共析溫度A1附近循環退火的方法使高碳鋼滲碳體發生球化，在加熱及保溫過程中碳化物斷開，以點狀彌散分布在基體上，在冷卻過程中點狀碳化物球化長大，經多次A1附近循環退火后滲碳體基本球化。但在近α鈦合金中片狀α由于界面能比鋼中滲碳體的界面能低而更穩定，且在臨界固溶溫度附近循環熱處理時相變驅動力較小，因此組織中片狀α不會發生斷裂而球化，因此鋼中碳化物在共析溫度A1附近循環退火的球化方法不適用近α鈦合金中片狀α的球化。

期刊《金屬熱處理》2013年第38卷第2期中文獻《循環熱處理溫度對TC4鈦合金組織和力學性能的影響》中研究了高低溫度循環熱處理對全片層組織球化的影響規律，發現經相變點以下20℃和固溶臨界溫度之間循環（空冷）9次后組織中等軸含量增加，在兩相區之間不斷的循環是α相和β相之間不斷轉變的過程，由于α相和β相之間比容差不同，因此在循環過程中組織內會產生內應力使部分片狀α相分離發生球化。這種球化方法處理過程復雜，循環次數多且循環上限溫度接近相變點，對于混合組織的近α鈦合金熱處理溫度接近相變點時α相含量迅速降低，采用接近相變點的高低溫熱循環處理時混合組織中不僅片狀α完全轉變為β_轉組織還會導致組織中初生等軸α含量降低，因此TC4鈦合金全片層組織的高低溫循環熱處理方法不適用于近α鈦合金混合組織中片狀α的球化。

發明內容

為克服近α鈦合金片狀α兩相區變形球化技術中存在過程復雜、成本高且不適用于已成形構件和高低溫循環熱處理方法不適用于近α鈦合金混合組織中片狀α的球化的不足，本發明提出一種近α鈦合金混合組織中片狀α的重復退火球化方法。

本發明的具體過程是：

將電阻爐加熱到鈦合金相變點以下50～60℃，將混合組織的近α鈦合金試樣放入電阻爐內進行高溫退火處理保溫，所述保溫時間為15min+0.5min/mm×D，其中D為試樣的最小外形尺寸；保溫結束后將試樣取出空冷，完成第一次退火；

重復上述退火過程，使等軸α含量增加5%到20%；所述退火過程為2～5次。