[發(fā)明專利]一種提高鈦合金鍛件損傷容限性能的熱處理工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710273974.0
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107099764B
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周偉;趙永慶;辛社偉;葛鵬;李倩;張思遠;陳軍
• 申請（專利權(quán)）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 譚文琰

本發(fā)明提供了一種提高鈦合金鍛件損傷容限性能的熱處理工藝，該工藝為：一、對在相變點溫度以下鍛造得到的鈦合金鍛件進行固溶處理；二、將固溶處理后的鈦合金鍛件冷卻至其相變點溫度以下60℃～80℃，空冷至室溫；三、對空冷后的鈦合金鍛件進行時效處理，空冷至室溫。本發(fā)明選取在相變點溫度以下鍛造得到的初始顯微組織具有等軸組織、網(wǎng)籃組織或雙態(tài)組織的鈦合金鍛件為熱處理對象，熱處理后的鈦合金鍛件具有較高的強度以及良好的塑性和韌性，同時具有更低的疲勞裂紋擴展速率，突破了利用傳統(tǒng)固溶?時效處理或固溶爐冷處理后鈦合金強度、塑性與損傷容限性能難以良好匹配的局限。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于優(yōu)化鈦合金綜合性能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高鈦合金鍛件損傷容限性能的熱處理工藝。

背景技術(shù)

鈦合金作為近幾十年發(fā)展迅速的新型輕金屬材料，具有強度、模量、韌性、高損傷容限和可焊接等優(yōu)良的綜合性能匹配，因而成為先進飛機和航空發(fā)動機的主要結(jié)構(gòu)材料。隨著人們對飛行器要求的提高及飛行器設(shè)計理念的變化，不僅要求鈦合金的強度水平不斷提高，而且對鈦合金的韌性也提出了更高的要求，即在有效提高鈦合金強度的同時，要求其韌性也要保持在一定的水平。材料的損傷容限性能(包括疲勞裂紋擴展速率和斷裂韌性)逐漸成為考核材料能否滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要指標(biāo)。

近些年來，鈦合金的β熱處理工藝正以相當(dāng)快的速度廣泛取代傳統(tǒng)的α+β熱處理工藝。β熱處理獲得的片層組織中由于大量交錯排列的片層α相的存在，使得裂紋通過不同位向α集束時不斷改變方向，導(dǎo)致裂紋路徑曲折、分支多，裂紋總長度增加，擴展需要消耗更多的能量，具有較高的裂紋擴展阻抗能力，因此斷裂韌性高、疲勞裂紋擴展速率低，考慮高強高損傷容限設(shè)計時一般會把片層組織作為優(yōu)選對象。然而，片層組織存在大幅度降低室溫拉伸塑性或疲勞強度的缺點，高強韌鈦合金如何通過β熱處理參數(shù)來控制材料的顯微組織特征，以期達到發(fā)揮片層組織的性能優(yōu)勢，避免其塑性偏低的缺點，解決合金強度與塑性、韌性之間的矛盾，具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高鈦合金鍛件損傷容限性能的熱處理工藝，該工藝熱處理后的鈦合金鍛件具有較高的強度以及良好的塑性和韌性，同時具有更低的疲勞裂紋擴展速率，突破了利用傳統(tǒng)固溶-時效處理或固溶爐冷處理后鈦合金強度、塑性與損傷容限性能難以良好匹配的局限。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種提高鈦合金鍛件損傷容限性能的熱處理工藝，其特征在于，該工藝包括以下步驟：

步驟一、對在相變點溫度以下鍛造得到的鈦合金鍛件進行固溶處理；所述固溶處理的溫度T₁為鈦合金鍛件相變點溫度T以上30℃～60℃，保溫時間t＝(d×0.6+20)min～(d×0.6+30)min，其中d為所述鈦合金鍛件的橫截面直徑，單位為mm，T₁＝(T+30℃)～(T+60℃)；

步驟二、在冷卻速率為0.5℃/min～1℃/min的條件下將步驟一中固溶處理后的鈦合金鍛件冷卻至其相變點溫度T以下60℃～80℃，然后空冷至室溫；其中，鈦合金鍛件相變點溫度T以下60℃～80℃即為(T-80℃)～(T-60℃)；

步驟三、對步驟二中空冷后的鈦合金鍛件進行時效處理，然后空冷至室溫；所述時效處理的溫度為580℃～650℃，保溫時間為4h～8h。

上述的一種提高鈦合金鍛件損傷容限性能的熱處理工藝，其特征在于，步驟一中所述固溶處理的溫度為鈦合金鍛件相變點溫度以上40℃～50℃，保溫時間t＝(d×0.6+23)min～(d×0.6+30)min，其中d為所述鈦合金鍛件的橫截面直徑，單位為mm。

上述的一種提高鈦合金鍛件損傷容限性能的熱處理工藝，其特征在于，步驟三中所述時效處理的溫度為590℃～620℃，保溫時間為6h～7h。