[發(fā)明專利]一種基于納米疇的高強(qiáng)韌鈦合金熱處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011149044.2
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112410697B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖文龍;宋博;任磊;馬朝利
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 北京航智知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

本發(fā)明公開了一種基于納米疇的高強(qiáng)韌鈦合金熱處理方法，將合金固溶后快速冷卻至低于M_f點(diǎn)的溫度，如采用液氮淬火等方法，然后再進(jìn)行高溫時效處理。通過本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠有效改善合金的強(qiáng)塑性匹配，使合金獲得更高強(qiáng)度水平；利用形成納米疇提高α相的形核率，明顯降低了高強(qiáng)韌鈦合金對于時效加熱速率的敏感性，擴(kuò)大了其在大規(guī)格、厚截面承載部件制備上的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先進(jìn)鈦合金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)韌鈦合金熱處理方法。

背景技術(shù)

航空航天和國民經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的快速發(fā)展對高性能結(jié)構(gòu)材料的需求日益增多，輕質(zhì)、高強(qiáng)等特點(diǎn)已經(jīng)成為新型結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的重要方向。高強(qiáng)韌鈦合金由于具有密度小、比強(qiáng)度高和耐腐蝕等性能，在航空航天、石油化工、船舶、潛艇、汽車制造、武器裝備與日常生活等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，現(xiàn)有高強(qiáng)韌鈦合金的應(yīng)用強(qiáng)度水平較低，不能完全滿足工業(yè)現(xiàn)場的要求，而且組織性能對熱處理工藝過于敏感，限制了其用于制備大規(guī)格、厚截面的承載部件。目前通常采用合金化和熱機(jī)械處理來改善合金強(qiáng)塑性匹配。由于鈦合金中存在豐富的結(jié)構(gòu)相變，通過熱處理可以在較寬的范圍內(nèi)對合金的組織性能進(jìn)行調(diào)控，目前已經(jīng)成為最經(jīng)濟(jì)、有效的方法之一。傳統(tǒng)的熱處理方法主要為在一定溫度下固溶水淬或空冷至室溫，再進(jìn)行時效熱處理，容易出現(xiàn)組織性能不均勻。因此，高強(qiáng)韌鈦合金熱處理技術(shù)已經(jīng)成為提升鈦合金性能的關(guān)鍵因素，受到了鈦合金領(lǐng)域的重點(diǎn)關(guān)注。

高強(qiáng)韌鈦合金的強(qiáng)化效果主要來自析出強(qiáng)化，即在β基體中析出α相，形成β/α界面阻礙位錯滑移產(chǎn)生強(qiáng)化作用，主要為近/亞穩(wěn)β鈦合金。目前已開發(fā)的合金牌號有Ti-1023、Ti-15-3、Ti-5553、β21s、TB2和TB10等，這些合金已經(jīng)成功用于制備飛機(jī)起落架、機(jī)身框以及緊固件、連接件等。但是，利用傳統(tǒng)的熱處理方法，固溶后淬火或空冷至室溫再進(jìn)行時效，合金的強(qiáng)度水平仍然較低，一般不超過1250MPa。Ti-1023和Ti-5553合金的強(qiáng)度應(yīng)用水平只有1100MPa，已經(jīng)無法完全滿足新一代飛機(jī)對結(jié)構(gòu)鈦合金的強(qiáng)度要求。此外，這些合金的組織性能對熱處理溫度、時間、升溫速率等熱、動力學(xué)條件十分敏感，實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)中難以控制，而且α相在時效過程中容易不均勻析出，在晶界附近形成未析出區(qū)，導(dǎo)致合金組織性能均勻性較差。對于大規(guī)格、厚截面的鈦合金承載結(jié)構(gòu)部件而言，心部與表層的升溫速率不同也會造成組織性能產(chǎn)生差異，增大了鈦合金承載部件失穩(wěn)斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。為改善現(xiàn)有合金的強(qiáng)塑性匹配以及組織均勻性，有時也會采用雙步時效或慢速加熱時效等熱處理工藝，雖然提高了合金的強(qiáng)度水平，但合金的塑性較低，并且增加了熱處理工藝流程，導(dǎo)致能耗明顯上升，加工成本提高。因此，優(yōu)化傳統(tǒng)的高強(qiáng)韌鈦合金熱處理工藝，改善合金的強(qiáng)塑性匹配，已經(jīng)成為鈦合金領(lǐng)域亟待解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述已有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種基于納米疇誘導(dǎo)α相均勻析出的高強(qiáng)韌鈦合金熱處理方法，能夠優(yōu)化傳統(tǒng)的高強(qiáng)韌鈦合金熱處理工藝，改善合金的強(qiáng)塑性匹配。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種基于納米疇的高強(qiáng)韌鈦合金熱處理方法，包括以下步驟：

S1：將鈦合金固溶；

S2：將步驟S1固溶后的鈦合金快速冷卻至M_f溫度以下，在固溶后的鈦合金中形成納米疇；

S3：時效處理。

進(jìn)一步地，所述步驟S1中的固溶溫度為750-900℃，固溶時間為0.5～1h。

進(jìn)一步地，所述步驟S2中的快速冷卻方法為空冷或水冷至室溫后在液氮中浸泡。

進(jìn)一步地，所述步驟S2中的快速冷卻方法為直接進(jìn)行液氮淬火。

進(jìn)一步地，所述步驟S3為直接放入設(shè)定的爐溫進(jìn)行時效或以1℃/min-100℃/min的升溫速率進(jìn)行時效，時效溫度為380-650℃，保溫時間為0.5～8h。