[發(fā)明專利]一種對穩(wěn)定Beta鈦合金進(jìn)行強(qiáng)韌化處理的工藝

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910286150.6
• 申請日: 2019-04-10
• 公開（公告）號: CN109825787A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王啟;葉苗;桑彪;王曉;韓汶武;李樂
• 申請（專利權(quán)）人: 黃淮學(xué)院
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 北京科家知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11427
• 代理人: 陳娟

本發(fā)明公開了一種對穩(wěn)定Beta鈦合金進(jìn)行強(qiáng)韌化處理的工藝，該工藝采用預(yù)扭轉(zhuǎn)變形和時(shí)效處理來制備出梯度組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定Beta鈦合金，使其強(qiáng)度從表面到心部呈梯度分布，進(jìn)而同時(shí)獲得高的強(qiáng)度和韌性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到鈦合金的熱處理工藝，具體來說是一種對穩(wěn)定Beta鈦合金進(jìn)行強(qiáng)韌化處理的工藝。

背景技術(shù)

鈦及鈦合金具有高的比強(qiáng)度、優(yōu)異的耐腐蝕性和良好的冷熱成形能力等特點(diǎn)，已成為航空航天和海洋工程領(lǐng)域的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。隨著飛機(jī)和艦船的設(shè)計(jì)向著高速化和遠(yuǎn)程化發(fā)展，同時(shí)服役性能向著高可靠和長壽命發(fā)展，對鈦合金的強(qiáng)度和韌性提出了更高的要求。因此，發(fā)展高強(qiáng)高韌鈦合金是大型飛機(jī)、艦船輕量化設(shè)計(jì)和服役安全性提升的必然選擇。

Beta鈦合金是最有潛力獲得高強(qiáng)高韌的一類鈦合金，該類合金經(jīng)固溶時(shí)效處理后，強(qiáng)度可以得到顯著提高。在Beta鈦合金系列中，有高強(qiáng)度Beta鈦合金和穩(wěn)定Beta鈦合金之分，其中，對高強(qiáng)度Beta鈦合金進(jìn)行時(shí)效處理，可短時(shí)間內(nèi)從亞穩(wěn)β相中析出尺寸細(xì)小、體積分?jǐn)?shù)高的α相，合金的屈服強(qiáng)度可達(dá)1300MPa 以上。與高強(qiáng)度Beta鈦合金不同，穩(wěn)定Beta鈦合金由于β相自由能低，析出驅(qū)動力不足，時(shí)效響應(yīng)較慢，所以短時(shí)間時(shí)效后的α相體積分?jǐn)?shù)低，且分布不均勻，導(dǎo)致其時(shí)效處理后可獲得的最大強(qiáng)度較低。目前，為了提高穩(wěn)定Beta鈦合金時(shí)效后的強(qiáng)度，主要通過對穩(wěn)定Beta鈦合金進(jìn)行預(yù)拉伸變形+時(shí)效處理，可以顯著提高合金的α相析出速度、分布均勻性和體積分?jǐn)?shù)，進(jìn)而顯著提高合金的強(qiáng)度水平，并且隨著變形量的增加，時(shí)效態(tài)穩(wěn)定Beta鈦合金的強(qiáng)度逐漸增加。與自由時(shí)效工藝相比，雖然預(yù)變形時(shí)效處理可以顯著提高穩(wěn)定Beta鈦合金的強(qiáng)度，但遺憾的是，塑性同時(shí)也損失較嚴(yán)重。因此，如何在保持時(shí)效態(tài)穩(wěn)定Beta鈦合金塑性的條件下，提高合金的強(qiáng)度是學(xué)者們研究的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種對穩(wěn)定Beta鈦合金進(jìn)行強(qiáng)韌化處理的工藝，它對穩(wěn)定Beta 鈦合金進(jìn)行預(yù)扭轉(zhuǎn)變形和時(shí)效處理，解決了穩(wěn)定Beta鈦合金在預(yù)變形時(shí)效處理后雖然強(qiáng)度提高但是塑性損失嚴(yán)重的問題，在提高穩(wěn)定Beta鈦合金強(qiáng)度的同時(shí)有效的保證其塑性。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案：

一種對穩(wěn)定Beta鈦合金進(jìn)行強(qiáng)韌化處理的工藝，它采用梯度組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過對穩(wěn)定Beta進(jìn)行預(yù)扭轉(zhuǎn)變形和時(shí)效處理制備出梯度組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定Beta鈦合金，使合金的強(qiáng)度從表面到心部呈梯度分布。

一種對穩(wěn)定Beta鈦合金進(jìn)行強(qiáng)韌化處理的工藝，它的具體步驟如下：

1)對穩(wěn)定Beta鈦合金進(jìn)行固溶處理淬火處理，以獲得單相β組織，固溶溫度為在α→β相變溫度以上10-20℃，保溫時(shí)間根據(jù)試樣厚度按1min/mm進(jìn)行選擇，淬火方式為水淬；

2)利用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)對固溶淬火態(tài)穩(wěn)定Beta鈦合金進(jìn)行扭轉(zhuǎn)變形，扭轉(zhuǎn)角度為30-90°，扭轉(zhuǎn)速率為1°/秒；

3)對預(yù)扭轉(zhuǎn)變形后的穩(wěn)定Beta鈦合金進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效熱處理溫度為 300-500℃，保溫時(shí)間根據(jù)試樣厚度按1min/mm進(jìn)行選擇，時(shí)效處理后冷卻方式為空冷。

本工藝流程中，時(shí)效處理是對預(yù)扭轉(zhuǎn)變形后的固溶淬火態(tài)穩(wěn)定Beta鈦合金進(jìn)行時(shí)效處理。由于合金表面受到的變形量最大，所以時(shí)效處理后析出的α相體積分?jǐn)?shù)最高，導(dǎo)致該區(qū)域時(shí)效后的強(qiáng)度最高，但是塑性差，隨著從合金表面到心部深度的增加，合金受到的變形量線性減小，時(shí)效處理后析出α相的體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，導(dǎo)致合金的強(qiáng)度逐漸減小，但是塑性逐漸恢復(fù)。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案具有以下有益效果：

通過對穩(wěn)定Beta鈦合金采用預(yù)扭轉(zhuǎn)變形和時(shí)效處理相結(jié)合的熱處理工藝，使穩(wěn)定Beta鈦合金的強(qiáng)度有了很大提升，同時(shí)也保證了其足夠的塑性，使穩(wěn)定 Beta鈦合金強(qiáng)韌化；整體工藝流程相對簡單，其中并無復(fù)雜的操作流程，使本工藝流程更易于實(shí)用。

附圖說明