[发明专利]一种通过炉冷在近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，具体是一种在等轴组织或双态组织的近α钛合金中使用炉冷获得三态组织的热处理方法。 

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，既要求好的室温强度塑性、断裂韧性、疲劳性能、抗裂纹扩展能力和又要求好的高温性能。钛合金微观组织决定了服役性能。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近α钛合金零构件常常是生产中追求的目标。 

而周义刚等人获得三态组织的近β锻造技术必须在β转变点以下10～20℃进行等温锻造，锻造时锻坯因为不均匀变形，不同部位金属流动速率不同，导致不均匀的变形热效应，又因为锻坯与模具、模具与外界始终存在热传导，使得锻件温度变化更加复杂，所以锻造过程对温度的控制非常困难，很容易导致锻坯局部温度超出或低于近β温度的范围。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CN101717904的发明专利中提出了一种通过两个步骤获得三态组织的热处理方法：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，但是用于成形近α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锻造的温度区间较窄，不易于温度控制。西北工业大学在申请号为201210273814.3和201210273312.0的发明专利申请中提出了在等轴组织钛合金中获得三态组织的热处理方法，在该方法中不需要近β热变形，温度易于控制且对等轴组织钛合金可直接使用，但这两个专利对三态组织中的次生片状α的厚度的调节的灵活度不够高，其获得三态组织中的次生片状α的厚度偏小，对于那些需要更大厚度次生片状α的零构件来说，可能出现组织不达标的问题。西北工业大学在申请号为CN201210273255.6和CN201210273254.1的发明专利申请中提出了α+β两相区锻造加上后续热处理获得三态组织的方法，在该方法中，锻造属于常规锻造，锻造温度区间比近β锻造范围更宽，温度更易控制，且加热温度更低，避免了高温多火次加载晶粒易粗化的问题，但这两个专利对于那些形状已经确定不能够再变形的零构件来说已经无法使用。 

发明内容

为克服现有技术中存在的温度区间较窄，不便于控制锻造温度的问题，以及对初始组织为双态组织的限制的不足，以及所获三态组织中次生片状α的厚度偏小的问题，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温度保温水冷。 

将电阻炉加热至近α钛合金的近β温度，当电阻炉的温度到达近α钛合金的近β温度后将试样放入电阻炉中。电阻炉升温至α钛合金的近β温度开始保温，保温时间为每1mm近α钛合金试样截面等效圆直径保温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。所述近α钛合金的近β温度是低于β转变点10～20℃的温度范围。 

步骤二，两相区温度保温炉冷+空冷。