[發明專利]一種損傷容限鈦合金板材軋制及配套熱處理工藝

在審

• 申請號: 201910249339.8
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109930100A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 馬英杰;雷家峰;楊銳;邱建科;黃森森
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;B21B3/00;B21B37/74;B21B37/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及鈦合金板材軋制及配套熱處理技術領域，具體為一種適用于TC4、TA15等α+β型及近α型損傷容限鈦合金板材軋制及配套熱處理工藝。為了獲得原始β晶粒，傳統鈦合金制備工藝通常是α+β兩相區鍛造或軋制變形，而后在β單相區熱處理，然而該工藝下獲得的原始β晶粒尺寸分布不均勻，導致力學性能波動。本發明通過開展變形工藝對β晶粒再結晶及生長行為研究，將板材終軋溫度設置在β單相區，而后實施單火次的40％～70％的軋制變形量，軋制完成后將板材置于β單相區進行固溶處理，獲得均勻一致的原始β晶粒，即“β相區軋制”+“β相區熱處理”的主導工藝路線，可應用于航空、航天、海洋等技術領域。

技術領域

本發明涉及鈦合金板材軋制及配套熱處理技術領域，具體為一種適用于TC4、TA15等α+β型及近α型損傷容限鈦合金板材軋制及配套熱處理工藝，可應用于航空、航天、海洋等技術領域。

背景技術

鈦合金因具有較高的比強度、優異的耐腐蝕性能，在航空、航天、海洋等領域獲得廣泛的應用。具有粗大原始β晶粒的鈦合金表現出優異的損傷容限性能(低裂紋擴展速率及高斷裂韌性)，廣泛應用于航空關鍵承載部件，其典型的顯微組織形貌見圖1。

為了使鈦合金獲得具有粗大原始β晶粒的顯微組織，傳統制備工藝是α+β兩相區鍛造或軋制變形，而后在β單相區熱處理，工藝路線見圖2。但是，通過大量的研究結果表明，對于板材通過“α+β兩相區軋制”+“β相區熱處理”獲得的原始β晶粒尺寸分布不均勻，具體實例見圖3、圖4、圖5。如圖3所示，按照圖2主導工藝制備的厚度為75mm板材的低倍組織形貌，分別在表層(位置1)、中心(位置2)處取樣進行高倍顯微組織觀察，分析原始β晶粒尺寸均勻性。對表層及中心兩個位置原始β晶粒的外廓進行提取，結果分別見圖4、圖5，可以看出，利用圖2中傳統主導工藝制備的厚板原始β晶粒尺寸分布不均勻，表現為在局部位置存在超細或超粗的原始β晶粒聚集。原始β晶粒尺寸分布不均勻不利于材料的力學性能。此外，超大的原始β晶粒也使得板材晶粒尺寸不符合相關的材料規范。因此，提高β相區熱處理后板材原始β晶粒尺寸的均勻性是該類型板材需要解決的技術瓶頸。

發明內容

本發明的目的在于提出一種損傷容限鈦合金板材軋制及配套熱處理工藝，以優化損傷容限型鈦合金厚板原始β晶粒尺寸均勻性。

本發明的技術方案如下：

一種損傷容限鈦合金板材軋制及配套熱處理工藝，將板材終軋溫度設置在β單相區，而后實施單火次的40％～70％的軋制變形量，軋制完成后將板材置于β單相區進行固溶處理，獲得均勻一致的原始β晶粒，即“β相區軋制”+“β相區熱處理”的主導工藝路線。

所述的損傷容限鈦合金板材軋制及配套熱處理工藝，將鈦合金板材的終軋加熱溫度設定為相變點以上30～50攝氏度，板材終軋的變形量為40％～70％。

所述的損傷容限鈦合金板材軋制及配套熱處理工藝，終軋完成后，進行板材熱處理，熱處理溫度為相變點以上20～50攝氏度。

所述的損傷容限鈦合金板材軋制及配套熱處理工藝，根據板材厚度設定保溫時間，保溫時間為0.5～1.5min/mm厚度。

所述的損傷容限鈦合金板材軋制及配套熱處理工藝，原始β晶粒分布均勻一致，晶粒尺寸小于2mm。

本發明中優化損傷容限型鈦合金厚板原始β晶粒尺寸均勻性工藝的設計原理如下：

(1)在β相區熱處理過程中，β晶粒的生長主要受兩種因素的控制：熱力學因素和動力學因素，其中熱力學因素為總的界面能減少，即大晶粒生長小晶粒減小；動力學因素則為溫度，溫度越高，原子擴散速度越快，越有利于晶粒生長。兩種因素共同作用于晶粒生長的全過程，在某一階段其中的一個因素可能成為主要控制因素，在另一個階段則可能轉變為次要因素。