[发明专利]通过锻造和热处理获得钛合金三态组织的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金热加工技术领域，具体是一种钛合金α+β两相区锻造和三重热处理获得三态组织的方法。

背景技术

钛合金作为一种高性能的材料，具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀等优点，在航空航天、石油化工、生物制药等领域占有重要的地位。钛合金锻件经过热塑性变形改善了金属的组织和性能。与铸造相比，锻造可以生产横截面积更大的产品，同时通过合理的加工和严格的工艺控制，产品性能重现性好。在钛合金的典型微观组织中，三态组织由约20%等轴α、50～60%条状α和β转变基体组成，不仅具有好的塑性，同时具有高的高温性能、低周疲劳性性能和断裂韧性，其综合性能优异。近十多年来，周义刚等在《近β锻造推翻陈旧理论发展了三态组织》中、哈尔滨工业大学在已授权的公告号为CN101717904的发明专利中、西北工业大学在公开号为CN102212745A的发明专利申请中提出了获得三态组织钛合金的方法。近β锻造在中国航空工业标准HB/Z199-2005《钛合金锻造工艺》中定义为“在β转变温度(T_β)以下10℃～20℃加热后的进行锻造”，锻造温度区间较窄，变形温升效应使得温度不宜控制，另一方面，近β锻造的加热温度接近相变温度T_β，若采用大变形单火次加载会导致温升效应而超过T_β，使得α相全部转变为β相，最终无法获得三态组织钛合金；若采用多火次加载，锻件在高温状态下反复加热其晶粒会发生异常长大的现象。因此，近β锻造方法可能出现上述问题。而西北工业大学在公开号为CN102212745A的发明专利中表明在局部加载成形过程中，“预制坯加热温度为T_β－(20～10℃)”，即近β锻造的变形温度区间，并未避开近β锻造的上述问题。研究表明，钛合金在α+β两相区常规多火次锻造，组织粗化不明显，本发明钛合金在α+β两相区采用常规锻造，避免了近β锻造上述问题的出现。哈尔滨工业大学在已授权的公告号为CN101717904的发明专利中要求“初始组织为等轴α和β转变组织构成的双态组织”，而本发明对钛合金的初始组织类型无特殊要求；另外，对于需要变形的钛合金锻件，该专利的方法也不适用。

发明内容

为克服现有技术中存在的锻造温度区间接近β相转变温度T_β，高温多火次加载晶粒易粗化，以及对初始组织为双态组织的限制的不足，本发明提出了一种通过锻造和热处理获得钛合金三态组织的方法。

本发明包括以下步骤：

步骤一，α+β两相区锻造；

将电阻炉温度加热至低于钛合金的β转变点30～50℃；将坯料放入电阻炉中并保温；保温时间为15～120min；将模具加热至低于钛合金β转变点40～60℃；坯料保温结束后，采用常规锻造方法加载变形，得到钛合金锻件；根据该坯料的锻比确定锻造火次：若该坯料的为锻比≤70%，则单火次加载完成变形；若该坯料的锻比>70%，则两火次加载完成变形，且两火次中该坯料的锻比相同；锻造中，压力机的压下速度为0.2～0.4mm/s；通过水冷或空冷方式将变形后钛合金冷却至室温；得到钛合金锻件；

步骤二，第一次热处理；

将电阻炉加热至低于钛合金β转变点10～20℃；将得到的钛合金锻件放入电阻炉中并保温；保温时间在两相区锻造前保温时间基础上增加60min；保温结束后在10s内将锻件浸没水中，通过水冷方式将该锻件冷却至室温，使钛合金锻件组织成为α_等轴+马氏体；

步骤三，第二次热处理；

将电阻炉加热至低于钛合金β转变点40～50℃；将得到的组织为α_等轴+马氏体的钛合金锻件放入温度低于钛合金β转变点40～50℃电阻炉中并保温；保温时间在两相区锻造前保温时间基础上增加60～90min；保温结束后在10s内将锻件浸没水中，通过水冷的方式将该锻件冷却至室温，使锻件组织改变为α_等轴+α_条片+马氏体；

步骤四，第三次热处理；

第三次热处理的温度为800～850℃；将得到的组织为α_等轴+α_条片+马氏体的钛合金锻件放入温度为800～850℃电阻炉中并保温；保温时间在两相区锻造前保温时间基础上增加60～90min保温结束后取出钛合金锻件空冷到室温，得到具有三态组织的钛合金锻件。