[發明專利]一種電弧增材制造高強鈦合金的熱處理方法和一種增強的高強鈦合金

有效

• 申請號: 202010749196.X
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111826594B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 劉長猛;崔一南;沙昊;方岱寧
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;清華大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;B22F3/24;B33Y40/20;B33Y80/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王立普

本發明提供了一種電弧增材制造高強鈦合金的熱處理方法和一種增強的高強鈦合金，屬于鈦合金領域。本發明將電弧增材制造高強鈦合金進行第一熱處理后，第一冷卻至第二熱處理的溫度，進行第二熱處理；然后第二冷卻至室溫，再升溫至第三熱處理的溫度進行第三熱處理；第一熱處理的溫度為電弧增材制造高強鈦合金的β相變點以上10～30℃，時間為15～30min；第二熱處理的溫度為電弧增材制造高強鈦合金的β相變點以下40～75℃，時間為1h；第三熱處理的溫度為500～550℃，時間為4～6h。本發明提供的熱處理方法處理后的高強鈦合金在晶界處產生“羽毛狀”晶界α相，阻止了拉伸過程中的沿晶斷裂，可去除鈦合金中的殘余應力。

技術領域

本發明屬于鈦合金領域，尤其涉及一種電弧增材制造高強鈦合金的熱處理方法和一種增強的高強鈦合金。

背景技術

鈦合金作為一種密度低、中高溫強度高、具有優良綜合力學性能的材料，具有極其廣闊的應用前景，是航空航天工業中十分重要的結構材料。傳統的鈦合金鍛件工藝材料利用率低，且生產周期長、制造工藝復雜，使用增材制造技術可以直接實現材料的近凈成形，減少了制造時間，節約了生產成本，其中電弧增材制造技術主要應用于成形復雜的大型結構件。

利用電弧增材制造技術成形的高強鈦合金，在以電弧為熱源對絲材逐漸熔化沉積的過程中，由于復雜的熱循環過程，在鈦合金組織內部產生了殘余應力，導致鈦合金材料具有較低的強度和較差的低塑性等，綜合力學性能下降。

現有技術通常通過熱處理的方法來提高鈦合金的力學性能，但是現有的熱處理方法通常是針對鈦合金鑄件和鍛件的，鈦合金的鍛件和鑄件的組織一般均為等軸組織，晶粒較小，熱處理過程通常在α相區進行，且機理是通過熱處理，打斷連續的晶界，以提高力學性能；而電弧增材制造得到鈦合金的過程中，由于逐層搭接過程中的凝固和重熔，會產生“竹節狀”的β晶粒，晶粒尺寸較大，因此，電弧增材制造得到的鈦合金的組織與常規的鈦合金鑄件和鍛件的組織并不相同，鈦合金鑄件和鍛件的熱處理工藝不適用于電弧增材制造所得高強鈦合金。現有技術未見有適用于電弧增材制造所得高強鈦合金的熱處理方法的報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電弧增材制造高強鈦合金的熱處理方法和一種增強的高強鈦合金，本發明提供的熱處理方法能夠有效去除電弧增材制造高強鈦合金中的殘余應力，提高鈦合金的綜合力學性能。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種電弧增材制造高強鈦合金的熱處理方法，包括如下步驟：

將電弧增材制造高強鈦合金進行第一熱處理后，第一冷卻至第二熱處理的溫度，進行第二熱處理；將所述第二熱處理所得高強鈦合金第二冷卻至室溫，然后再升溫至第三熱處理的溫度進行第三熱處理；

所述電弧增材制造高強鈦合金的材質為α+β型高強鈦合金；

所述第一熱處理的溫度為電弧增材制造高強鈦合金的β相變點以上10～30℃，時間為15～30min；

所述第二熱處理的溫度為電弧增材制造高強鈦合金的β相變點以下40～75℃，時間為0.8～1.2h；

所述第三熱處理的溫度為500～550℃，時間為4～6h。

優選地，所述第一冷卻的冷卻速率為6～9℃/min。

優選地，所述第二冷卻為空冷。

優選地，第三熱處理后還包括將第三熱處理所得高強鈦合金空冷至室溫。

優選地，所述α+β型高強鈦合金為TC11高強鈦合金或TC18高強鈦合金。

優選地，當所述α+β型高強鈦合金為TC11高強鈦合金時，所述第一熱處理的溫度為1015～1025℃，所述第二熱處理的溫度為930～950℃。