[發明專利]鈦合金構件及用于鈦合金構件的熱處理方法

有效

• 申請號: 202110551727.9
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113481448B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 冉先喆;李安;蘇磊;程序;王玉岱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C21D1/30;C21D9/50
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 佟林松

本發明提供了一種鈦合金構件及用于鈦合金構件的熱處理方法，該熱處理方法包括以下步驟：選取鈦合金基材，并利用電子束焊接工藝制作焊接接頭；對焊接接頭進行第一次去應力退火；對第一次去應力退火處理后的焊接接頭進行固溶處理；將完成固溶處理后的焊接接頭在靠近焊接區域的表面進行激光熔化沉積，得到構件；將構件進行第二次去應力退火；對第二次去應力退火處理后的構件依次進行第一次退火熱處理以及第二次退火熱處理。該熱處理方法通過兩次去應力退火緩解焊接接頭在不同制備階段的殘余應力，通過固溶處理減少晶界α相提高塑性，通過雙重退火熱處理進一步調整不同區域中的組織特征來改變整體焊接接頭的綜合力學性能。

技術領域

本發明涉及電子束焊接與激光增材制造復合連接技術領域，具體涉及一種鈦合金構件及用于鈦合金構件的熱處理方法。

背景技術

隨著航空航天、汽車船舶、建筑制造等行業的發展，各類先進產業所用裝備和構件都朝著大型化、整體化和高性能化發展，能否在極端工作環境下保持著高壽命和高性能已經成為衡量大型金屬構件的重要標準之一，這對鈦合金、高強鋼和高溫合金等先進材料又提出了更高的要求。鈦合金由于比強度高、熱強性好、耐腐蝕等優點，廣泛應用于航空航天及大型裝備制造業中，對于大型復雜鈦合金構件來說，能否保證其高效可靠的連接已經成為重大先進裝備制造業的核心技術之一。

電子束焊接與激光增材制造復合連接是一種用于大型鈦合金構件連接的新型方法，該方法可用于截面厚度大于100mm待連接的鈦合金構件的連接，利用電火花在兩側預制出一定角度和深度的坡口，首先采用電子束焊接技術進行鈦合金構件中部區域的對接焊，然后在坡口處利用激光增材制造連接技術制備致密的增材連接區，沉積完成后進行清理打磨以獲得完整的焊接接頭。

但是現有技術中，未進行去應力退火處理的電子束焊接結構常存在較大的殘余應力，如果直接在坡口處進行激光增材制造，則激光增材制造產生的熱應力或殘余應力會疊加在前期的殘余應力上，可能引起構件的變形。另外，受電子束焊接能量較高影響，TC11鈦合金電子束焊縫區域晶界上常分布有晶界α相和一定含量的次生α相，進一步影響后續構件增材連接過程中的微觀變形行為和塑性。再者，由于電子束焊接和激光增材連接區的組織受成形熱力學影響較為復雜，且非平衡快速凝固將促使合金組織細化，因而致使連接區的硬度和強度高于母材區，塑性偏低。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種鈦合金構件及用于鈦合金構件的熱處理方法，該熱處理方法通過兩次去應力退火緩解焊接接頭在不同制備階段的殘余應力，通過固溶處理減少晶界α相提高塑性，通過雙重退火熱處理進一步調整不同區域中的組織特征(包括數量和形貌等)來改變整體焊接接頭的綜合力學性能。

為了實現上述目的，根據本發明的第一方面，提供了一種用于鈦合金構件的熱處理方法。

該用于鈦合金構件的熱處理方法包括以下步驟：

選取鈦合金基材，并利用電子束焊接工藝制作焊接接頭；其中，所述鈦合金基材的截面厚度≥100mm；

對所述焊接接頭進行第一次去應力退火；

對第一次去應力退火處理后的所述焊接接頭進行固溶處理；

將完成所述固溶處理后的所述焊接接頭在靠近焊接區域的表面進行激光熔化沉積，得到構件；

將所述構件進行第二次去應力退火；

對第二次去應力退火處理后的所述構件依次進行第一次退火熱處理以及第二次退火熱處理。

進一步的，所述固溶處理的工藝條件為：升溫至950～980℃，保溫0.5～1h后空冷；

優選的，所述固溶處理的升溫速率為10～20℃/min，冷卻速率為30～40℃/min。

進一步的，所述第一次去應力退火和所述第二次去應力退火的工藝條件均為：升溫至600～750℃，保溫2～4h后空冷。