[發明專利]裝甲鈦合金TC4的熱處理方法

在審

• 申請號: 201711063050.4
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107779801A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 鄭超;朱秀榮;辛海鷹;邵志文;王軍;曾羽;曹召勛
• 申請（專利權）人: 中國兵器科學研究院寧波分院
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司33102
• 代理人: 袁忠衛,景豐強

技術領域

本發明涉及一種鈦合金的熱處理方法，尤其涉及鈦合金TC4的熱處理方法，屬于鈦合金技術領域。

背景技術

裝甲鈦合金TC4，其名義成分為Ti-6Al-4V，屬于(α+β)雙相鈦合金，具有除高的比強度、持久的耐蝕性能、熱變形抗力較小以外，良好的動態承載性能、優異的抗彈性能和更低的生產制造成本等優點。近年來，隨著鈦合金低成本化制備技術的日漸成熟，裝甲鈦合金越來越多的受到兵器工業領域的關注。

眾所周知，鈦合金材料具有多種多樣的微觀組織結構，其中，片層組織和網籃組織通常以其較高的斷裂韌性、疲勞性能見長，等軸組織和雙態組織往往以其良好的塑性和強塑性匹配出眾。在熱機械加工工藝給定的情況下，熱處理制度對于雙態組織鈦合金的微觀組織、動態力學性能和抗彈性能具有決定性的作用。一般的，β退火常常用于獲得獲得片層組織和網籃組織，近β退火+(α+β)退火的雙重退火工藝則用于等軸組織和雙態組織的制備。近年來，如何通過雙重退火工藝中保溫溫度、保溫時間和冷卻速度來精確控制并調控雙態組織的相結構、相比例和相尺寸成為研究熱點。

裝甲鈦合金TC4的雙態組織，一般由等軸α相(≤40％)和轉變β區組成，而轉變β區又由殘余β相和次生片層α相組成。在相結構給定的情況下，相比例和相尺寸強烈的影響著雙態組織鈦合金的動態力學性能和抗彈性能。鈦合金材料中制備雙態組織的雙重退火工藝，其一般過程包括：第一重近β退火工藝，T_β-(10～50)℃，保溫1～2h，水冷或空冷；第二重(α+β)退火工藝，500～600℃，保溫4～8h，空冷。第一重近β退火工藝中保溫溫度和保溫時間能夠控制雙態組織中初生等軸α相和轉變β區比例，其冷卻速度又能夠直接決定第二重(α+β)退火工藝后的次生片層α相寬度；然而，這種鈦合金材料通過控制轉變β區的析出比例和轉變β區內次生片層α相形態進行彌散增強的經典雙重退火熱處理制度，由于和合金鋼中淬火時效熱處理、鋁合金中固溶時效熱處理有相當多的相似處，使得其一直難于被充分準確的應用于鈦合金材料雙態組織的制備。

現有技術中還公開了相關的技術方案，見申請號為201310747604.8的中國發明專利申請公開《TC4鈦合金多層次組織細化工藝方法》(申請公布號為CN104745995A)；還可以參考申請號為201410189741.0的中國發明專利申請公開《一種TC4-DT鈦合金棒材的熱處理方法》(申請公布號為CN104213060A)等。

因此，在傳統雙重退火工藝的基礎上，綜合考慮保溫溫度、保溫時間和冷卻速度等多個熱處理制度中關鍵參數，制備一種強塑性匹配合理、動態承載性能良好和抗彈性能優異的雙態組織裝甲鈦合金材料，具有重要的科學意義和工程價值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而提供一種雙態組織具有合理的強塑性匹配、良好動態承載性能和優異抗彈性能的裝甲鈦合金TC4的熱處理方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種裝甲鈦合金TC4的熱處理方法，其特征在于包括如下步驟：

第一步：第一重近β退火

將熱軋態TC4加熱至β轉變溫度T_β以下10～20℃，保溫1～2h，冷卻至室溫；

第二步：第二重(α+β)退火

將第一步冷卻得到合金加熱至525～575℃，保溫4～8h，空冷至室溫。

作為優選，所述熱軋態TC4的原始組織為全等軸組織，等軸α相尺寸為9～11μm。

在第一步中采用快冷條件遠β轉變點(“快冷”，通常指冷卻速度＞500℃/s的冷卻條件)和慢冷條件近β轉變點(“慢冷”，通常指冷卻速度＜50℃/s的冷卻條件)的熱處理。

第一步中所述的冷卻可以采用空冷、油冷或水冷。

作為優選，在第一步中加熱至β轉變溫度T_β以下20℃保溫100min后，采用水冷至室溫，并且控制冷卻速度為150℃/s。

作為優選，在第一中加熱至β轉變溫度T_β以下15℃保溫80min后，采用油冷至室溫，并且，控制冷卻速度約為80℃/s。

作為優選，在第一步加熱至β轉變溫度T_β以下10℃保溫60min后，采用空冷至室溫，并且，控制冷卻速度約為2℃/s。

作為優選，在第二步中，合金加熱至600℃。