[发明专利]一种TA15钛合金粉末制件的制备方法

说明书

一种TA15钛合金粉末制件的制备方法，首先对粉末热等静压后的TA15钛合金进行第一步固溶处理，即在1050℃固溶0.5h，使初始组织中的α相完全溶解，以10℃/min的冷速炉冷到第二步固溶温度850～950℃，保温1h，控制β晶粒尺寸并析出初生α相，然后水淬至室温，析出少量次生α相；将两步固溶处理后的TA15合金再加热到600℃进行4h时效，然后空冷至室温，调整次生α相含量并稳定组织。本发明使TA15钛合金的抗拉强度和屈服强度得以大幅度提高，抗拉强度的平均值达到1023MPa，屈服强度为937MPa，达到锻件水平，能够用于粉末冶金热等静压近净成形制备TA15钛合金结构件。

技术领域

本发明属于粉末冶金钛合金领域，提供一种能够改善TA15钛合金粉末制件显微组织和力学性能的制备方法。具体适用于粉末热等静压成形TA15钛合金材料及制件。

背景技术

TA15名义成分Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V，属于高Al当量的近α型钛合金，具有良好的热强性、中等的室温和高温强度、良好的热稳定性，主要制造500℃以下长时间工作的飞机、发动机零件和焊接承力零部件。目前，TA15钛合金制造方法主要包括铸造、锻造和粉末冶金等。其中，粉末冶金是一种高效、低成本、可实现近净成形的一种钛合金制备技术，而粉末热等静压可以实现近净成形，具有设计灵活性、致密无偏析、具有各向同性且力学性能可达到锻件水平等优势。目前，王琪在《粉末冶金材料与工程》2014年4月第19卷第2期《TA15钛合金的高温蠕变行为》，《稀有金属材料与工程》2013年9月第42卷第9期《粉末冶金TA15钛合金高温塑形变形加工图》，《粉末冶金材料科学与工程》2013年10月第18券第5期《粉末冶金TA15钛合金的高温塑形变形行为》三篇公开论文中利用热等静法制备TA15钛合金致密体，采用Gleeble-1500热模拟机对粉末冶金TA15钛合金进行热压缩试验，研究该合金在850～1050℃应变速率为0.001～0.01s^-1范围内，其高温塑形变形行为并绘制出热加工图，与此同时，研究了500～525℃，应力为250～350MPa下高温蠕变行为。并未对出现组织不均匀性进行研究。本发明中，粉末冶金热等静压法制备的TA15钛锭显微组织出现不均匀α相组织特征，等轴α相分布在原始颗粒边界，片层α相分布在原始颗粒内部，如图2所示。目前现有的热处理工艺主要采用在两相区进行组织调控，工程生产中采用两相区低温段850～880℃温度区间进行保温1～2h，空冷至室温，但组织形貌仍遗传热等静压态形貌。以及，在两相区固溶处理+低温时效处理，同样仍无法有效的改善其组织形貌，且力学性能较差。

在公开号为CN1830617A的发明创造中提出了一种TA15合金环形件、模锻件锻造及热处理工艺，该方法适于TA15合金环形件和模锻件的制备，所采用的热处理制度为830～850℃，保温2h，空冷，可获得良好的组织和力学性能，其抗拉强度可达1057MPa。但该热处理工艺用于粉末冶金制备的TA15钛合金，其抗拉强度仅约为922MPa，详见表1。

赵慧君在《中国有色金属学报(英文版)》2015(6):1881-1888公开的论文《真空退火对TA15合金板材组织和力学性能的影响》中研究真空热处理工艺对TA15合金力学性能影响，当热处理工艺为930℃/2h/AC+600℃/2h/AC时，可获得最佳的抗拉强度1070MPa，而本发明采用该热处理工艺，不能改善热等静压态时存在的不均匀α组织形貌，如图4所示，抗拉强度仅为946MPa，详见表1。

综上所述，关于粉末热等静压法制备TA15钛合金采用现有的热处理工艺，并不能有效改善和消除热等静压态的组织遗传性，并且强塑性匹配较差。目前，关于改善粉末冶金TA15钛合金的组织与性能报道几乎没有。因此，急需提出一种能够改善TA15钛合金组织性能的方法。

发明内容

为克服现有技术中存在的不能有效改善和消除热等静压态的组织遗传性，并且强塑性匹配较差的不足，本发明提出了一种TA15钛合金粉末制件的制备方法。

本发明的具体过程是：