[發明專利]一種鈦合金多重固溶時效熱處理工藝

有效

• 申請號: 201610436474.X
• 申請日: 2016-06-17
• 公開（公告）號: CN105908112B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 朱知壽;王新南;商國強;費躍;李靜;祝力偉
• 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: 李建英

技術領域

本發明涉及一種基于精確控制的鈦合金多重固溶時效熱處理工藝。

背景技術

過去，在以強度設計和剛度設計思想指導下，鈦合金經歷了從低強度、中強度到高強度和超高強度的發展歷程。在這個發展過程中，鈦合金強韌化熱處理工藝雖然一直是人們努力的方向，但常規熱處理難以解決高強度－高塑性－高斷裂韌性等之間的最佳匹配問題。一般的情形是，當獲得高強度的情況下(例如采用普通固溶時效強化熱處理工藝，即單重固溶時效工藝)，難以同時獲得高塑性和高斷裂韌性的鍛件。在傳統設計思路和常規工藝技術條件下，鈦合金的高強度/超高強度－高塑性－高韌性的最佳匹配在實際應用中難以突破。因此，為了更好的保證鈦合金鍛件具有超高強度-高塑性-高韌性的最佳匹配，急需提出一種能精確控制組織的鈦合金多重固溶時效熱處理工藝。

發明內容

本發明的目的是提出一種解決鈦合金同時具有超高強度、高塑性、高斷裂韌性的多重固溶時效熱處理工藝。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

(1)將鈦合金鍛件放在已到達設定的加熱溫度T的電阻爐有效工作區內進行加熱，設定的加熱溫度T為T_β-15℃≤T≤T_β+15℃，電阻爐再次到達設定的加熱溫度后，計算保溫時間，保溫時間t＝η×δ_max，δ_max為鈦合金鍛件的最大截面厚度，單位為：mm，η為加熱系數，加熱系數η的取值為0.2～0.8min/mm，保溫時間t單位為min；

(2)將按步驟(1)保溫后的鈦合金鍛件出爐空冷、水冷或風冷，冷卻至室溫；

(3)將按步驟(2)冷卻后的鈦合金鍛件放在已到達設定的加熱溫度T的電阻爐有效工作區內進行加熱，設定的加熱溫度T為T_β-25℃≤T≤T_β-50℃，電阻爐再次到達設定的加熱溫度后，計算保溫時間，保溫時間t＝η×δ_max，δ_max為鍛件的最大截面厚度，單位為：mm，η為加熱系數，加熱系數η的取值為0.3～1.2min/mm，保溫時間t的單位為min；

(4)將按步驟(3)保溫后的鈦合金鍛件出爐空冷、水冷或風冷，冷卻至室溫；

(5)將按步驟(4)冷卻后的鈦合金鍛件放在已到達設定的加熱溫度T的電阻爐有效工作區內進行加熱，設定的加熱溫度T為540℃≤T≤600℃，電阻爐再次到達設定的加熱溫度后保溫，保溫時間t為0.5h≤t≤2h；

(6)將按步驟(5)保溫后的鈦合金鍛件出爐空冷，冷卻至室溫；

(7)將按步驟(6)冷卻后的鈦合金鍛件放在已到達設定的加熱溫度T的電阻爐有效工作區內中進行加熱，加熱溫度T為400℃≤T≤540℃，爐子再次到達設定的加熱溫度后保溫，保溫時間t為4h≤t≤24h；

(8)將按步驟(7)保溫后的鈦合金鍛件出爐空冷，冷卻至室溫；

所述電阻爐內有效工作區的最大溫度偏差不大于±5℃。

本發明具有的優點和有益效果：

本發明與現有的鈦合金單重固溶+單重時效熱處理工藝不同，該工藝的優點在于采用雙重固溶+雙重時效的熱處理工藝，第一重固溶溫度T為T_β-15℃≤T≤T_β+15℃，可以使得合金在后續時效過程中獲得片層α相，提高合金的斷裂韌度；第二重固溶溫度T為T_β-25℃≤T≤T_β-50℃，可以使得合金獲得一定數量的球狀α相，提高合金的塑性；第一重時效溫度T為540℃≤T≤600℃，可以使得合金析出較粗大的片層組織，獲得更高的強度-韌性匹配；第二重時效溫度T為400℃≤T≤540℃，可以使得合金析出更加細小的彌散分布的α相，進一步提高合金的強度。采用該工藝可以獲得具有球狀α相、片層α相、納米和微米級別α相的顯微組織。與采用常規熱處理工藝相比，鈦合金鍛件室溫抗拉強度R_m可提高5％以上，同時保證室溫延伸率A提高10％以上，斷裂韌度K_IC提高10％以上，可實現抗拉強度(R_m≥1350MPa)-塑性(A≥9％)-斷裂韌度的良好匹配。

該工藝適合用于近β型、亞穩β型和穩態β型超高強韌鈦合金熱處理，以獲得所需的超高強度、高塑性、高韌性的高綜合性能的具有多尺度析出相混合的顯微組織，滿足飛機所需的具有超高強韌性匹配的重要承力結構件。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的TB17鈦合金鍛件的顯微組織20000×。