[發(fā)明專利]一種近β鈦合金顯微組織及顯微硬度調(diào)控的熱處理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011099708.9
• 申請(qǐng)日: 2020-10-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112210736B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊江昆;陳蓬;唐璐瑤;李金山;寇宏超;唐斌;賴敏杰;王軍;陳彪;王毅;薛祥義;趙瑞峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22F1/18
• 分類號(hào): C22F1/18;B21J5/00
• 代理公司: 北京金宏來(lái)專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11641
• 代理人: 許振強(qiáng)

本發(fā)明涉及一種近β鈦合金顯微組織及顯微硬度調(diào)控的熱處理方法，包括以下步驟：S1：選取熱處理原料，將合金鑄錠進(jìn)行開(kāi)坯鍛造處理，形成棒材；S2：固溶處理，將熱處理爐進(jìn)行加熱至棒材的鈦合金β相轉(zhuǎn)變溫度附近±50℃后，將棒材放置于熱處理爐中進(jìn)行保溫，然后對(duì)棒材進(jìn)行淬火，從而得到具有大量的亞穩(wěn)β相的試樣；S3：后續(xù)熱處理，將試樣從室溫緩慢升溫，在升溫過(guò)程中同時(shí)引入外加彈性拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，當(dāng)試樣到達(dá)預(yù)定溫度后，淬火，本申請(qǐng)具有將彈性應(yīng)力場(chǎng)作用于熱處理過(guò)程中的Ti?7333合金，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)Ti?7333合金顯微組織的精細(xì)化調(diào)控，即形成α析出相的擇優(yōu)取向，提高近β鈦合Ti?7333的顯微硬度的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈦合金加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種近β鈦合金顯微組織及顯微硬度調(diào)控的熱處理方法。

背景技術(shù)

鈦及鈦合金具有高比強(qiáng)度、高比模量、高韌性、高損傷容限性、抗磁性及良好的耐腐蝕性等優(yōu)異的綜合性能，是制備航空航天大型結(jié)構(gòu)件的重要選材之一。目前國(guó)際上常用的高強(qiáng)鈦合金主要有亞穩(wěn)β型合金和近β鈦合金，亞穩(wěn)β型合金是指β穩(wěn)定化元素的含量達(dá)到使馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)降至室溫以下而又不足以使β轉(zhuǎn)變點(diǎn)低于室溫的合金，其中，亞穩(wěn)β鈦合金含有足夠的β穩(wěn)定元素，小尺寸的試樣固溶空冷即可保留全β相，不發(fā)生馬氏體相變。該類合金在固溶處理狀態(tài)具有中等強(qiáng)度和高的塑性，冷成形性和可焊性好；在時(shí)效處理狀態(tài)下室溫強(qiáng)度高、斷裂韌性好、淬透性好，是航空航天用彈簧結(jié)構(gòu)、緊固件、帶材等的理想材料。近β鈦合金的β穩(wěn)定元素含量比亞穩(wěn)β鈦合金的稍少，其Mo當(dāng)量范圍約為7.8～10.0，固溶后空冷不能完全保留β相。近β鈦合金兼有亞穩(wěn)β鈦合金的諸多優(yōu)點(diǎn)而不喪失α+β型兩相鈦合金的固溶特性，具有深淬透性及優(yōu)異的強(qiáng)度、塑性和斷裂韌性的匹配，可滿足航空大型鍛件高強(qiáng)、高韌、高淬透性的使用要求，是高強(qiáng)度鈦合金的理想選擇。

Ti-7333合金是由西北工業(yè)大學(xué)和北京航空材料研究院聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一種新型近β航空結(jié)構(gòu)鈦合金，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是得到一種具有優(yōu)良的強(qiáng)度、韌性、塑性匹配的新型高強(qiáng)鈦合金材料，其名義成分為：Ti-7Mo-3Nb-3Cr-3Al，[Mo]eq：9.64。經(jīng)固溶時(shí)效處理后，Ti-7333合金的室溫抗拉性能可以達(dá)到1400MPa，伸長(zhǎng)率可以達(dá)到8％以上，采用BASAC熱處理工藝可使得Ti-7333合金具有超過(guò)80MPa的K_IC值，相比同類型合金Ti-7333合金具有相近或者更優(yōu)越的綜合性能。

對(duì)于可熱處理強(qiáng)化的鈦合金材料而言，合金中α析出相的含量、形貌、分布、取向及晶粒尺寸等顯微組織特征參數(shù)對(duì)其綜合力學(xué)性能具有顯著的影響。通過(guò)調(diào)整熱加工及熱處理制度，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)控鈦合金中相的形態(tài)、比例、相界面等顯微組織特征參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)力學(xué)性能的調(diào)控。然而傳統(tǒng)的熱處理工藝難以完全實(shí)現(xiàn)對(duì)顯微組織及力學(xué)性能的精確調(diào)控。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明具有提供了一種能夠在近β鈦合金中獲取具有擇優(yōu)取向α析出相的熱處理工藝，能夠?qū)骡伜辖鹬形龀龅摩料嗟娜∠蜻M(jìn)行精細(xì)化調(diào)控，從而調(diào)控微觀組織并提高合金性能。

為了解決上述背景技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

一種近β鈦合金顯微組織及顯微硬度調(diào)控的熱處理方法，包括以下步驟：

S1：選取熱處理原料，將合金鑄錠進(jìn)行開(kāi)坯鍛造處理，形成棒材；

S2：固溶處理，將熱處理爐進(jìn)行加熱至棒材的鈦合金β相轉(zhuǎn)變溫度附近±50℃后，將棒材放置于熱處理爐中進(jìn)行保溫，然后對(duì)棒材進(jìn)行淬火，從而得到具有大量的亞穩(wěn)β相的試樣；

S3：后續(xù)熱處理，將試樣從室溫緩慢升溫，在升溫過(guò)程中同時(shí)引入外加彈性拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，當(dāng)試樣到達(dá)預(yù)定溫度后，淬火。

作為發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明：S1中的開(kāi)坯鍛造處理包括以下步驟：

S11：采用三次真空自耗電弧熔煉制備合金鑄錠，進(jìn)行扒皮；

S12：對(duì)扒皮后的合金鑄錠進(jìn)行β相區(qū)開(kāi)坯鍛造，形成鍛坯；