[发明专利]热处理钛合金的方法和所得零件

说明书

本发明涉及钛合金Ti 5-5-5-3(含义：基于钛计5％铝、5％钒、5％钼、3％铬)，更具体地涉及这种合金的热处理，该热处理的目的是改善其机械性能的水平和均匀性。

合金Ti 5-5-5-3是伪β型钛合金，其在室温下具有两相即阿尔法(下文称为“α”)和贝塔(下文称为“β”)，并且其具有在α相和β相共存区域和纯β相区域之间的贝塔转变(下文称为“β-转变”)。遇到β-转变的温度取决于合金Ti 5-5-5-3的组成在840℃-860℃之间变动。合金Ti 5-5-5-3是兼具有低密度和高机械强度的合金。这是其在航空领域应用中受到高度重视的原因，以便例如制造起落装置零件和结构零件。然而这种合金对显微组织缺陷非常敏感。Ti 5-5-5-3零件通常在热机械变形步骤后接着进行热处理步骤之后获得。

热机械变形步骤在β相区域中即在大于该合金的β-转变温度且β相晶粒形成合金基质的温度下进行，然后在α-β相区域即在小于该合金的β-转变温度的温度下进行。

热机械变形步骤后获得的半成品在室温下具有的显微组织包含球状颗粒和伸长颗粒形式的初生α相、薄片颗粒形式的一些次生α相、和一些β相。初生α相占组织的10-30％。在本论述的下文中，当提及给定相所占组织的百分数时，应理解(因为这是标准方式)该百分数是通过如下光学显微术图像分析测得：在显微图上与参考网格进行对比来测量所述相占据的表面范围。

在热机械变形步骤之后，对合金Ti 5-5-5-3零件进行常规热处理以获得所需机械性能。然而，在这些热处理之后，合金Ti 5-5-5-3零件机械性能的大的分散性(dispersion)仍然存在，特别是延展性、韧性、拉伸强度和疲劳强度性能，这些性能在该合金中保持高度各向异性。

合金Ti 5-5-5-3的常规热处理包括相继进行以下步骤：

-热处理，用于在低于β-转变温度的温度(因此通常为700℃-815℃)下对该合金进行固溶处理并持续2-4小时，接着空气冷却至室温；

-和在540℃-650℃下时效热处理约8小时，接着空气冷却至室温。

常规热处理后获得的合金Ti 5-5-5-3零件的机械性能的分散性是由该合金显微组织的不均匀性引起，所述不均匀性本身是来自该合金在热机械变形步骤后的初始组织。特别地，在常规热处理后，合金Ti5-5-5-3在显微组织内具有α相的非均匀分布。此外，在常规热处理后，α相呈现为颗粒形式，所述颗粒沿最后热机械变形期间的锻造或轧制方向产生的择优取向伸长。α相颗粒的这种择优取向导致沿着与α颗粒方向平行的方向测得的机械性能是可接受的，然而该机械性能在与α颗粒方向横交的方向中高度不足。

本发明的目的是改善钛合金Ti 5-5-5-3零件的机械性能的水平和均匀性，并同时避免现有技术的上述缺点。

为此目的，本发明的目的是一种钛合金Ti 5-5-5-3的热处理方法，其组成以重量百分数计为如下：

-4.4-5.7％铝，

-4.0-5.5％钒，

-0.30-0.50％铁，

-4.0-5.5％钼，

-2.5-3.5％铬，

-0.08-0.18％氧，

-痕量至0.10％的碳，

-痕量至0.05％的氮，

-痕量至0.30％的锆，

-痕量至0.15％的硅，

其余百分数是钛和由加工(elaboration)产生的杂质。

根据本发明的热处理方法包含如下相继步骤：

-将钛合金加热到810-840℃且低于该合金的β-转变温度的第一热平台温度；

-维持该钛合金处于第一平台温度1-3小时；

-在没有任何中间再加热的情况下将该钛合金冷却至760℃-800℃的第二平台温度；

-维持该钛合金处于第二平台温度2-5小时；

-将该钛合金冷却至室温；

-将该钛合金加热到540℃-650℃的第三平台温度；

-维持该钛合金处于第三平台温度4-20小时，并然后将其冷却至室温。

在低于合金Ti 5-5-5-3的β-转变温度的温度下实现上述热处理平台。