[發明專利]使TC21合金兩相區超塑性變形后獲得網籃組織的熱處理工藝

有效

• 申請號: 201410185724.8
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN103993248A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 董洪波;朱深亮
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明涉及一種使TC21合金兩相區超塑性變形后獲得網籃組織的熱處理工藝。

背景技術

隨著航空航天技術的不斷發展，先進的飛機對航空構件的使用提出了更苛刻的要求，既要滿足新型飛機的大尺寸、高性能、高減重等要求，還要滿足新型飛機長壽命和低成本的設計和應用需求，“損傷容限設計”理念已經成為現代飛機設計的主流理念。傷容限設計是以斷裂力學為理論基礎，對含有裂紋的零構件，通過緩慢裂紋擴展或破損安全的途徑，保證其在服役期內能夠安全使用的一種設計方法。TC21鈦合金是一種高強度損傷容限型鈦合金，靠其強韌的組織而具有優良的損傷容限性。

TC21在兩相區（880~920℃）具有優異的超塑性，最高延伸率可達1309％。利用其超塑性可以實現飛機高性能復雜構件的整體精確成形，但TC21合金經過兩相區超塑性變形后，由于組織發生了動態回復與動態再結晶，再結晶α甚至會發生聚集合并長大成不規則的大片狀，微觀組織明顯粗化。在較快初始應變速率條件下拉伸時，在溫度和較大變形程度的作用下，試樣變形區發生了動態再結晶，形成了很多細小、等軸的晶粒，而在較低應變速率下變形區會發生再結晶聚集長大。TC21動態再結晶形成的等軸晶粒以及粗大的組織都將不利于TC21鈦合金的損傷容限性能。

TC21鈦合金在準β區（960℃）超塑變形和（α＋β）兩相區雙重退火（900℃/1h，AC?+?590℃/4h，AC）可以得到網籃組織，但由于準β區溫度較高，超塑性變形過程晶粒容易長大，不利于超塑性，而TC21鈦合金在兩相區（890、910℃）超塑變形后經雙重退火只得到等軸組織，得不到網籃組織。這主要是因為TC21在兩相區變形，變形過程由α轉變成的β轉變組織較少，因此經第一重熱處理900℃/1h空冷后由β轉變組織中析出的針狀α相很少或析出的α相不成呈針狀，形成不了相互交織的針狀α相，經第一重熱處理后組織為等軸或雙態組織，而非網籃組織；第二重熱處理590℃/4h，空冷對組織類型沒有影響，只起到穩定組織消除應力的作用。

所以采用兩相區雙重熱處理制度并不能使TC21兩相區超塑性變形后的組織獲得網籃組織。

如何將TC21兩相區超塑性變形后的組織轉變為網籃組織成了充分挖掘TC21合金超塑性并將其工程化應用的關鍵問題。

發明內容

本發明提供一種使TC21合金兩相區超塑性變形后獲得網籃組織的熱處理工藝，以解決TC21兩相區超塑性變形后難以獲得網籃組織的問題。

為此，本發明提出一種使TC21合金兩相區超塑性變形后獲得網籃組織的熱處理工藝，包括：

將TC21拉伸試樣先在900℃下和設定的應變速率下進行超塑性拉伸直至拉斷；

拉伸試樣拉斷后立即水冷；

割取出變形均勻處的拉斷的試樣為熱處理試樣；

對熱處理試樣進行第一重熱處理，將熱處理爐升溫到β相轉變溫度以上10~20℃，放入熱處理試樣保溫1小時，隨后進行第一次空冷；

然后，對熱處理試樣進行第二重熱處理，將熱處理爐升溫到β相轉變溫度以下20~30℃，放入熱處理試樣保溫1小時，隨后進行第二次空冷；

然后，對熱處理試樣進行第三重熱處理，將熱處理爐升溫到β相轉變溫度以下360~370℃，放入試樣保溫4小時，隨后進行第三次空冷，得到網籃組織。

進一步的，所述熱處理爐為高溫箱式電阻爐。

進一步的，所述第一重熱處理中，將熱處理爐升溫到970℃。

進一步的，所述第二重熱處理中，將熱處理爐升溫到930℃。

進一步的，所述第三重熱處理中，將熱處理爐升溫到590℃。

進一步的，第一次空冷或第二次空冷或第三次空冷的時間為10分鐘。

進一步的，所述拉伸試樣為棒狀試樣，原始組織為等軸組織。

進一步的，采用電子萬能實驗拉伸機對TC21拉伸試樣進行超塑性拉伸，超塑性拉伸前，采用水石墨涂抹在電子萬能實驗拉伸機的夾具螺紋處，采用玻璃防護氧化劑對拉伸試樣涂抹保護，在室溫下自然干燥1小時，待熱處理爐升溫到指定溫度后放入試樣保溫30min受熱均勻后開始進行超塑性拉伸。

進一步的，TC21拉伸試樣的超塑性拉伸采用恒應變速率法進行拉伸，應變速率為3.3?×l?0-4/s。

本發明使TC21合金在最佳超塑性的兩相區超變形后獲得網籃組織，具有優良的損傷容限性，因而能夠滿足新型飛機的大尺寸、高性能、高減重等材料要求。

附圖說明

圖1為根據本發明實施例采用的拉伸試樣的原始顯微組織的晶相組織結構；