[發明專利]一種鈦合金準再結晶退火工藝

有效

• 申請號: 201410136486.1
• 申請日: 2014-04-08
• 公開（公告）號: CN103938136A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 張旺峰;王玉會;張慶玲;顏孟奇;李興無
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

技術領域

本發明涉及一種獲得高的室溫強度、高溫強度及好的塑性，并充分消除半成品內部殘余應力的熱處理工藝，屬于材料科學技術領域，尤其適用于近α型和α-β兩相鈦合金大型鍛件、厚板或大規格棒材等。

背景技術

隨著鈦合金鍛件的重量及投影面積增大、厚度增加，常常出現強度偏低、內應力大的現象。強度偏低，導致鍛件強度富余量小甚至低于要求的指標；內應力大，則在機加工時出現變形。如何通過熱處理解決上述問題，對變形量小的鈦合金半成品具有重要的工程應用價值。

本領域公知，退火的目的是使經過鑄造、鍛軋、焊接或切削加工的材料或工件軟化，改善塑性和韌性，使化學成分均勻化，去除殘余應力，或得到預期的物理性能。退火工藝隨目的不同而有多種，如重結晶退火、等溫退火、均勻化退火、球化退火、去除應力退火、再結晶退火，以及穩定化退火、磁場退火等等。

為消除應力，穩定組織，現有鈦合金鍛件通常采用的熱處理工藝是再結晶溫度以下100～200℃的普通退火。但是采用普通退火，對于大型鍛件而言，容易導致強度低、內應力大，不能滿足設計使用要求。

申請201010187483.2公開了一種TC18鈦合金焊接零件的焊后真空熱處理工藝，本質上是固溶時效工藝+階梯升溫解決變形問題。本發明以再結晶溫度為基準來制定工藝，而它是隨加工工藝變化，準再結晶退火工藝為的是盡可能將析出強化作用發揮出來，并避免再結晶等高溫下的軟化作用。該工藝兼具普通退火穩定組織消除應力的作用，又具有再結晶退火或退火斷裂韌性高，并且不會晶粒長大導致塑性降低的不足。并且，本工藝可以用于鈦合金厚板、大直徑棒材的熱處理。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明的目的是提供一種鈦合金準再結晶退火工藝，解決了鈦合金半成品的重量及投影面積增大、厚度增加，常常出現強度偏低、內壓力大的問題。該工藝適用于近α型和α-β兩相鈦合金大型鍛件、厚板、大規格棒材等，也可應用于其他航空材料。

為了解決前述技術問題，達到上述技術效果，本發明提供了如下的技術方案：

一種鈦合金準再結晶退火工藝，采用準再結晶退火溫度，即為再結晶溫度TRC以下0～50℃，加熱保溫，得到雙態組織。該雙態組織由初生α相和β轉變組織構成；優選地，初生α相比例為50％以下。

優選地，該退火工藝應用于鈦合金大型鍛件，其中，大型鍛件為重量100kg以上或投影面積0.5m²以上，或40mm以上鈦合金厚板或Φ300mm以上鈦合金棒材。

優選地，該鈦合金為近α和α-β鈦合金。

優選地，再結晶溫度T_RC以下0～50℃，電爐中加熱保溫、空冷(AC)。

優選地，再結晶溫度T_RC以下0～50℃，真空爐中加熱保溫，然后隨爐冷卻(FC)或氣冷。

優選地，保溫時間是2～4小時。

再結晶現象通常是指冷變形金屬在加熱時發生的晶粒重新形核和生長的過程。破碎的晶粒變成整齊的晶粒，長晶粒變成等軸晶粒，這個過程叫再結晶。此時金屬的力學性能全部恢復到加工前的狀態。當退火溫度足夠高、時間足夠長時，在變形金屬或合金的顯微組織中，產生無應變的新晶粒——再結晶核心。新晶粒不斷長大，直至原來的變形組織完全消失，金屬或合金的性能也發生顯著變化，這一過程稱為再結晶。

熱加工也是在這種理論基礎之上建立起來的，一般認為，隨著退火溫度的提高，鍛件等半成品的強度和硬度略有下降，塑性略有升高，在再結晶溫度以上的再結晶退火更是如此，也就是說，溫度提高起到的是軟化作用，這種隨溫度提高強度下降的軟化現象，其軟化機理與回復或再結晶有關。

本發明的研究者經過多次試驗和仔細分析，歸納得到鈦合金半成品退火時強度變化與退火溫度的關系，可概括為以下幾種情況，如圖1所示。

第一種情況(曲線1)軟化主要發生在再結晶階段；

第二種情況(曲線2)軟化在回復階段已經開始；

第三種情況(曲線3)在回復階段已基本全部軟化；

第四種情況(曲線4)的回復階段亞穩定β相分解占主導作用，強度將得到提高，即曲線4的虛線部分。鈦合金大鍛件強度與退火溫度的關系與曲線4相似。

現有技術人員制訂工藝的依據是曲線1、2、3，而曲線4是申請人在研究大型鈦合金半成品(通常認為大鍛件：重量100kg以上、投影面積0.5m²，或40mm以上鈦合金厚板，或Φ300mm以上鈦合金大直徑棒材)時發現的，也是本發明的理論依據之一。