[發明專利]一種獲得TC21鈦合金不同片層厚度的熱處理方法

在審

• 申請號: 201811307358.3
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN109207893A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 歐梅桂;梁益龍;梁宇;張松;龍瑋
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C22C14/00
• 代理公司: 北京聯創佳為專利事務所(普通合伙) 11362
• 代理人: 趙恒英

本發明公開了一種獲得高性能鈦合金不同層次組織的熱處理方法，把雙相鈦合金鍛態棒料加工成板狀，使用熱模擬試驗機進行熱處理。本發明用鈦合金為航空航天用TC4鈦合金，在加熱到β相變點以上溫度，以10個冷卻速率獲得不同片層厚度α組織及其晶粒度，以及其對應的相關力學性能。不僅為材料加工過程提供有利的條件，還為最終制品提供其所需的性能。

技術領域

本發明涉及一種鈦合金不同片層厚度的熱處理方法，特別是一種獲得TC21鈦合金不同片層厚度的熱處理方法。

背景技術

TC21鈦合金是我國西北有色研究院自行研制的高強高韌鈦合金，擁有比強度高，低密度，耐熱耐蝕以及可焊性良好等優點，目前主要應用航空航天領域。研究發現，魏氏組織的斷裂韌性高于等軸組織的斷裂韌性。在定溫定應變速率下，初始α片層厚度的增加會降低合金的流變應力以及增加合金的應變速率敏感性,而薄片層α更易破碎成細α相。在β鍛造后空冷獲得的細片層組織結構具有較低的疲勞裂紋擴展速率，而在α+β鍛造后空冷得到粗片層組織結構,裂紋擴展速率較快，疲勞裂紋擴展速率隨著組織片層厚度的增加而加快。在疲勞裂紋穩態擴展區,裂紋以條帶循環機制向前擴展。也有一些研究表明，冷速對TC21合金的片層厚度起決定性作用，并且制約著合金的性能，隨冷卻速度的增加，α片層厚度逐漸減小，α集束的形態也發生了變化，不同晶粒內的顯微組織越來越不均勻。隨片層α厚度逐漸減小，TC21合金的顯微硬度先上升后下降。一些研究者表明，裂紋在魏氏片層α組織擴展路徑曲折，增加了裂紋總長度，裂紋進一步擴展需要消耗更多的能量，而且裂紋分叉多，分散了裂紋尖端的應力場，在破壞過程中吸收的能量大，故魏氏組織的斷裂韌性大，裂紋擴展速率小。

TC21鈦合金組織既影響成型質量，又將直接影響其制品的力學性能和服役壽命。目前世界鈦合金的發展趨勢是向著高性能化方向發展，開發高性能TC21鈦合金的途徑有開發制備材料新工藝、合理的熱處理手段等。合理的熱處理手段不僅可以為材料加工過程提供有利的條件，又可以為最終制品提供其所需的性能。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種獲得TC21鈦合金不同片層厚度的熱處理方法。本發明用鈦合金為航空航天用TC21鈦合金，在加熱到β相變點(975±5℃)以上溫度(1000℃)，以使用2個冷卻速率冷卻至室溫，以獲得不同片層厚度α組織，以及其對應的相關力學性能。不僅為材料加工過程提供有利的條件，還為最終制品提供其所需的性能。

本發明的技術方案：一種獲得TC21鈦合金不同片層厚度的熱處理方法，把雙相鈦合金鍛態棒料加工成板狀，使用相變儀進行熱處理。

前述的獲得TC21鈦合金不同片層厚度的熱處理方法中，所述的熱處理是；將雙相鈦合金試樣加熱至1000℃，保溫15min后，分別以0.5℃/s,2℃/s冷卻至室溫。

前述的獲得TC21鈦合金不同片層厚度的熱處理方法中，所述的鈦合金是TC21鈦合金。

前述的獲得TC21鈦合金不同片層厚度的熱處理方法中，所述的TC21鈦合金的成分質量百分比為：Al：6.47％；Zr：2.28％；Sn：2.18％；Mo：3.23％；Cr：1.51％；Nb：2.11％和Si：0.11％，余量為Ti和不可避免的雜質。

有益效果：鈦合金的性能主要取決于其顯微組織，而合金的顯微組織又取決于對合金進行的熱處理工藝。合理的熱處理手段不僅可以為材料加工過程提供有利的條件，又可以為最終制品提供其所需的性能。因此申請人考慮對本發明鈦合金進行熱處理工藝以使其綜合性能更好。根據常識可知，各種熱處理處理幾乎都需要經過將合金緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時間，然后以適宜速度冷卻。這些步驟幾乎是熱處理工藝中必不可少的基本手段，同時，任何熱處理工藝都必須以本領域的基本理論為依據而不可能違背其基礎理論，對于不同的個體產品而言，其技術難點以及創造性就體現在對個體產品的具體工藝參數及細節的篩選上。因此，獲得不同片層厚度α組織及其晶粒度，以及其對應的相關力學性能，需要申請人進行大量的試驗研究以確定最佳的熱處理方式、熱處理次數、熱處理溫度、時間以及冷卻速率。