[发明专利]一种在近α钛合金中获得三态组织的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金热加工技术领域，具体是一种近α钛合金通过热处理获得三态组织的方法。

背景技术

近α钛合金具有比α+β类钛合金更好的热稳定性和焊接性，比α钛合金更好的压力加工性能，通常在航空、航天等领域应用于关键的承力结构件。这些构件服役环境恶劣，不但要求高精度，更要求高性能和高可靠性，也就是说，既要求好的室温塑性和热稳定性，又要求好的强度、高温性能（持久、蠕变）、断裂韧性、疲劳性能、抗裂纹扩展能力。实际生产中的近α钛合金棒材、板材或锻坯（经过熔炼、轧制或改锻）往往是等轴组织。钛合金微观组织决定力学性能，从而决定了其服役性能。等轴组织和片层组织是近α钛合金的两种典型组织，这两种组织在塑性、热稳定性、高温性能、抗疲劳裂纹扩展能力和断裂韧性上各有优缺点，各性能的合理匹配始终没有很好解决。周义刚等人在《近β锻造推翻陈旧理论发展了三态组织》中提出了由20%等轴α、50%~60%条状α和β转变基体组成的三态组织。三态组织综合了上述两种组织的优点，不仅具有好的塑性，同时具有高的热强性和断裂韧性，综合性能优于其它类型的组织。因此，获得具有三态组织的钛合金零（构）件常常是生产中追求的目标。

而获得三态组织的近β锻造技术需要在β转变点以下10~20℃进行锻造，锻造时由于金属激烈流动，存在变形热而导致温升效应，同时流动不均匀导致锻件不同位置的温升程度不同，会导致锻件局部过热，若要避免局部过热就会使锻造更加复杂。因此，该技术存在锻造温度区间较窄，不易于温度控制的问题。哈尔滨工业大学在已授权的公告号为CN 101717904的发明专利中提出了一种通过两个步骤获得三态组织的方法：第一步将初始组织为双态组织的钛合金加热到低于β转变点10~30℃的温度范围内保温一定时间后水冷，第二步加热到低于β转变点40~60℃的温度范围内保温一定时间后空冷，获得三态组织。该专利中要求初始组织为双态组织，但是用于成形钛合金零件的原始棒材、板材或锻坯一般为等轴组织，为了获得双态组织还需要对等轴组织进行专门的预处理。西北工业大学在公开号为CN 102212745A的发明专利申请中提出了一种在钛合金局部加载成形中获得三态组织的方法。该方法中，钛合金经过局部加载成形、精整和热处理后获得成形锻件，通过控制局部加载成形的参数获得三态组织。但在该发明中，仍然需要经过低于β转变点10～20℃的近β锻造，而近β锻造会因为不均匀变形热效应，使得锻件局部温度过高，或者使得锻造的控制更加复杂。

发明内容

为克服现有技术中存在的近β锻造会因为不均匀变形热效应，使得锻件局部温度过高，或者使得锻造的控制更加复杂，以及对初始组织为双态组织的限制的不足，本发明提出了一种在近α钛合金中获得三态组织的方法。

本发明的具体步骤是：

步骤一，近β温度热处理；将电阻炉加热至低于β转变点10～20℃；将试样放入电阻炉中；电阻炉升温至低于β转变点10～20℃开始保温，保温时间根据钛合金试样截面等效圆直径确定；钛合金试样截面等效圆直径每1mm保温0.6～4min；保温结束后，在0.2min内将试样浸没至水中，通过水冷的方式将该试样冷却至室温，使试样组织改变为α_等轴+马氏体；

步骤二，两相区温度热处理；将电阻炉加热至低于β转变点50～60℃；将得到的组织为α_等轴+马氏体的钛合金试样放入电阻炉中；当电阻炉升温至低于β转变点50～60℃开始保温，保温时间是步骤一中保温时间的基础上增加20～60min；保温结束后取出试样空冷至室温，使试样组织改变为α_等轴+α_条片+β_转；

步骤三，时效；将得到的组织为α_等轴+α_条片+β_转的钛合金试样放入温度为550～650℃的电阻炉中；当电阻炉的温度达到550～650℃时开始保温；保温时间为60～360min；保温结束后取出钛合金试样空冷到室温，达到具有三态组织的钛合金。

为了解决获得三态组织钛合金的近β锻造的工作温度区间较窄不易控制的问题，以及热处理制度对初始组织的要求为双态组织的问题，本发明提供了一种在近α钛合金上获得三态组织的热处理方法。