一种钛合金β转炉时效热处理工艺.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103602936103602936A(43)申请公布日2014.02.26(21)申请号201310600757.X(22)申请日2013.11.25(71)申请人中国航空工业集团公司北京航空材料研究院地址100095北京市海淀区北京81信箱(72)发明人李兴无王庆如沙爱学王清瑞(74)专利代理机构中国航空专利中心11008代理人李建英(51)Int.Cl.C22F1/18(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图3页附图3页(54)发明名称一种钛合金β转炉时效热处理工艺(57)摘要本发明属于材料科学技术领域，涉及一种钛合金β转炉时效热处理工艺。钛合金坯料先进行α＋β锻造或β锻造，获得双态组织或网篮组织的锻件，锻件在β转变温度以上10℃～20℃加热，保温1h以上，然后将置于料盘的锻件直接转移到温度为300℃～650℃的另一热处理炉中，进行480℃～650℃时效，保温8h，空冷，通过调整转入的炉子温度和时效温度控制和调整锻件力学性能。该工艺处理的锻件横向抗拉强度平均值达1194MPa，相对低的屈服强度为1085MPa，相应的T-L方向的断裂韧度KIC单个值最低为这种优异综合性能为高强度钛合金采用损伤容限设计提供了技术保证，大大提升高强度钛合金的应用水平。CN103602936ACN103629ACN103602936A权利要求书1/1页1.一种钛合金β转炉时效热处理工艺，其特征在于：钛合金坯料先进行α+β锻造或β锻造，获得双态组织或网篮组织的锻件，锻件在β转变温度以上10℃～20℃加热，保温1h以上，然后将置于料盘的锻件直接转移到温度为300℃～650℃的另一热处理炉中，进行480℃～650℃时效，保温8h，空冷，通过调整转入的炉子温度和时效温度控制和调整锻件力学性能。2.根据权利要求1所述的一种钛合金β转炉时效热处理工艺，其特征在于：所述的钛合金为Ti-5.5Al-4Mo-6V-2Nb-1Fe、Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe或其他α-β型钛合金。2CN103602936A说明书1/4页一种钛合金β转炉时效热处理工艺技术领域[0001]本发明属于材料科学技术领域，涉及一种钛合金β转炉时效热处理工艺。背景技术[0002]航空工业的发展对结构钛合金的综合性能提出了越来越高的要求，不仅要求高强度、高韧性和高淬透性，还要求有较高的塑性和疲劳性能。为此开发了一种新型高强度、高淬透钛合金（专利号：ZL200910131445.2），其名义成分是Ti-5.5Al-4Mo-6V-2Nb-1Fe，密度为4.627g/cm3，采用三元同晶型β稳定元素强化以提高塑性和韧性。该合金既有较高的铝当量，又有较高的钼当量，分别为5.5％和11.4％，属过渡型α-β型钛合金。期望该合金采用β热处理工艺可以达到上述高性能指标要求。对该合金锻件研究过的β热处理工艺主要有三种：（A）在合金的β转变温度（Tβ）以上10℃（T1）加热后空冷，再在Tβ-25℃加热后炉冷至750℃（T2）加热后空冷，再进行480℃～650℃（T4）时效。该工艺获得网篮组织。（B）在T1温度加热后炉冷至T2温度加热后空冷，再进行T4温度时效。该工艺获得不均匀片状组织，局部β相区没有析出片状α相。（C）在T1温度加热后直接炉冷至T4温度时效。该工艺获得均匀的片状组织。三种工艺显微组织见图1，其特征是β晶界α均较粗，晶内片状α较厚，三者没有实质性差异，所以力学性能也相近。三种工艺比较，A工艺最复杂，C工艺最简单，但其力学性能受到T1温度炉冷至T4温度的冷却速度影响，冷速越慢，强度越低，所以采用同一β热处理工艺参数，不同炉子和不同锻件厚度、大小可能会得到不同的强度，工艺较难控制。[0003]A、B、C工艺的缺点是β晶界α很粗，晶内α片较厚，C工艺性能受冷却速度影响。这些都是由随炉冷却方式产生的，锻件炉冷时冷却速度比较慢，β晶界上不断地缓慢析出α相使晶界α很粗，晶内α片变厚。冷却速度越慢，析出的α相越多，剩余亚稳定β相越少，在T4温度时效时剩余β相弥散析出的次生α相也越少，所以强度越低。想要根本改变这种粗片状组织，必须大大加快冷却速度。通常采用的将炉门开一缝隙的方法效果不明显，而且会造成炉温不均匀。发明内容[0004]本发明的目的就是针对现有钛合金β热处理工艺所存在的问题而设计提供一种钛合金β转炉时效热处理工艺。本发明技术方案是通过以下实验来实现的：钛合金坯料先进行α＋β锻造或β锻造，获得双态组织或网篮组织的锻件，锻件在β转变温度以上10℃～20℃加热，保温1h以上，然后将置于料盘的锻件直接转移到温度为300℃～650℃的另一热处理炉中，进行480℃～650℃