[發明專利]一種提高亞穩β鈦合金強度的預變形熱處理工藝

有效

• 申請號: 201811325850.3
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109234656B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 陳逸;程亮;張帥今;盛榮生;張云龍;盧雅琳
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 32231 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 王巍巍

本發明公開了一種提高亞穩β鈦合金強度的預變形熱處理工藝，涉及到鈦合金材料熱加工以及熱處理技術領域。包括：(1)預先熱處理：將鍛態亞穩β鈦合金加熱至T_β以上0～100℃保溫0.5～6h；(2)預變形：將上述亞穩β鈦合金在T_β以下～200℃至T_β以上100℃內保溫0.2～6h，隨后進行軋制熱變形；(3)直接時效處理：將上述亞穩β鈦合金加熱至400～600℃，保溫4～12h。本發明通過軋制熱變形和直接時效熱處理的工藝，能夠有效調控合金微觀組織中α相的析出，并使得變形組織得到充分回復，從而使亞穩β鈦合金在維持其優異的塑性的前提下，大幅度提高其強度，實現強度和塑性之間的良好匹配。

技術領域

本發明公開了一種亞穩β鈦合金的預變形熱處理工藝，涉及到鈦合金材料熱加工以及熱處理技術領域。

背景技術

亞穩β鈦合金具有比強度高、優異的成形性能、深的淬透性等特點，特別是與α+β兩相鈦合金相比，其強度更高，經過合適的熱處理以后可以達到1200MPa以上，因此在航空航天領域的應用越來越廣泛。

亞穩β鈦合金高溫時為單一β相，當冷卻至α+β兩相區時α相將從β基體中析出。α相作為主要強化相，其尺寸、形貌、分布以及體積分數對亞穩β鈦合金的力學性能起到極為重要的作用。目前，亞穩β鈦合金的β→α相變過程主要受到熱處理工藝控制，通過調控熱處理工藝，可以控制α相的析出，使得β基體中獲得不同含量、尺寸的α相，進而可以獲得滿足使用要求的力學性能。亞穩β鈦合金主要的熱處理工藝為固溶+時效處理，其一般過程為首先在β單相區保溫并淬火至室溫以獲得全β組織，隨后在合適的溫度時效(一般在400℃至600℃)4～12小時，使得α相在β基體中充分析出。

然而，熱處理對亞穩β鈦合金力學性能的提升具有局限性，即無論如何調節熱處理工藝，其力學性能不可能突破某一最大值。因此，如何突破亞穩β鈦合金力學性能的極限值成為目前科學工作者和工程師棘手的難題。要解決此難題，突破點還是在與β→α相變過程，只要在β基體中析出更多的α相，亞穩β鈦合金的力學性能就會提升?；诠虘B相變理論，相變的驅動力為不僅可以有過冷度提供，位錯、晶界等缺陷處存儲的能量同樣可以作為驅動力，當相變發生在缺陷處時，會釋放存儲的能量進而促進相變的發生。針對亞穩β鈦合金，熱變形可以有效的提升基體的缺陷含量，進而會影響后續熱處理過程中的α相的析出。進而可以進一步調控亞穩β鈦合金的力學性能。但是，將預變形和熱處理工藝結合來調控亞穩β鈦合金的力學性能難度較大，預變形參數以及固溶時效熱處理工藝參數均會對最終結果產生較大影響，若參數選擇不當，將無法起到強化效果，甚至會使得合金性能惡化。比如張虎等人(張虎，熱處理工藝對新型高強β鈦合金組織和性能的影響，碩士學位論文，2013)對一種新型亞穩β鈦合金的預變形直接時效熱處理工藝進行研究，但是由于預變形的變形量不夠，β晶粒并未明顯沿軋向拉長，還呈現出近似等軸狀，使得基體缺陷較少，導致最終預變形直接時效熱處理后合金的強度并未高于傳統固溶時效熱處理后合金的強度，并未起到強化效果。因此，如何獲得預變形參數以及固溶時效熱處理工藝參數的最佳匹配，以期提高合金力學性能是技術難點。

發明內容

為解決現有技術傳統固溶+時效熱處理工藝存在的強度極限的缺陷，本發明的目的在于提供一種提高亞穩β鈦合金強度的預變形熱處理工藝，本發明可以大幅提高亞穩β鈦合金的強度并且其塑性可以得到維持。

本發明涉及一種提高亞穩β鈦合金強度的預變形熱處理工藝，包括如下步驟：

(1)預先熱處理：對鍛態亞穩β鈦合金加熱保溫后，淬火至室溫，得到預先熱處理后亞穩β鈦合金；

(2)預變形：將上述預先熱處理后亞穩β鈦合金進行預熱處理，隨后采用軋機對亞穩β鈦合金進行軋制熱變形，然后淬火至室溫；

(3)直接時效熱處理：將上述預變形后的亞穩β鈦合金加熱保溫，然后冷卻至室溫。