[发明专利]装甲钛合金TC4的热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金的热处理方法，尤其涉及钛合金TC4的热处理方法，属于钛合金技术领域。

背景技术

装甲钛合金TC4，其名义成分为Ti-6Al-4V，属于(α+β)双相钛合金，具有除高的比强度、持久的耐蚀性能、热变形抗力较小以外，良好的动态承载性能、优异的抗弹性能和更低的生产制造成本等优点。近年来，随着钛合金低成本化制备技术的日渐成熟，装甲钛合金越来越多的受到兵器工业领域的关注。

众所周知，钛合金材料具有多种多样的微观组织结构，其中，片层组织和网篮组织通常以其较高的断裂韧性、疲劳性能见长，等轴组织和双态组织往往以其良好的塑性和强塑性匹配出众。在热机械加工工艺给定的情况下，热处理制度对于双态组织钛合金的微观组织、动态力学性能和抗弹性能具有决定性的作用。一般的，β退火常常用于获得获得片层组织和网篮组织，近β退火+(α+β)退火的双重退火工艺则用于等轴组织和双态组织的制备。近年来，如何通过双重退火工艺中保温温度、保温时间和冷却速度来精确控制并调控双态组织的相结构、相比例和相尺寸成为研究热点。

装甲钛合金TC4的双态组织，一般由等轴α相(≤40％)和转变β区组成，而转变β区又由残余β相和次生片层α相组成。在相结构给定的情况下，相比例和相尺寸强烈的影响着双态组织钛合金的动态力学性能和抗弹性能。钛合金材料中制备双态组织的双重退火工艺，其一般过程包括：第一重近β退火工艺，T_β-(10～50)℃，保温1～2h，水冷或空冷；第二重(α+β)退火工艺，500～600℃，保温4～8h，空冷。第一重近β退火工艺中保温温度和保温时间能够控制双态组织中初生等轴α相和转变β区比例，其冷却速度又能够直接决定第二重(α+β)退火工艺后的次生片层α相宽度；然而，这种钛合金材料通过控制转变β区的析出比例和转变β区内次生片层α相形态进行弥散增强的经典双重退火热处理制度，由于和合金钢中淬火时效热处理、铝合金中固溶时效热处理有相当多的相似处，使得其一直难于被充分准确的应用于钛合金材料双态组织的制备。

现有技术中还公开了相关的技术方案，见申请号为201310747604.8的中国发明专利申请公开《TC4钛合金多层次组织细化工艺方法》(申请公布号为CN104745995A)；还可以参考申请号为201410189741.0的中国发明专利申请公开《一种TC4-DT钛合金棒材的热处理方法》(申请公布号为CN104213060A)等。

因此，在传统双重退火工艺的基础上，综合考虑保温温度、保温时间和冷却速度等多个热处理制度中关键参数，制备一种强塑性匹配合理、动态承载性能良好和抗弹性能优异的双态组织装甲钛合金材料，具有重要的科学意义和工程价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种双态组织具有合理的强塑性匹配、良好动态承载性能和优异抗弹性能的装甲钛合金TC4的热处理方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种装甲钛合金TC4的热处理方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步：第一重近β退火

将热轧态TC4加热至β转变温度T_β以下10～20℃，保温1～2h，冷却至室温；

第二步：第二重(α+β)退火

将第一步冷却得到合金加热至525～575℃，保温4～8h，空冷至室温。

作为优选，所述热轧态TC4的原始组织为全等轴组织，等轴α相尺寸为9～11μm。

在第一步中采用快冷条件远β转变点(“快冷”，通常指冷却速度＞500℃/s的冷却条件)和慢冷条件近β转变点(“慢冷”，通常指冷却速度＜50℃/s的冷却条件)的热处理。

第一步中所述的冷却可以采用空冷、油冷或水冷。

作为优选，在第一步中加热至β转变温度T_β以下20℃保温100min后，采用水冷至室温，并且控制冷却速度为150℃/s。

作为优选，在第一中加热至β转变温度T_β以下15℃保温80min后，采用油冷至室温，并且，控制冷却速度约为80℃/s。

作为优选，在第一步加热至β转变温度T_β以下10℃保温60min后，采用空冷至室温，并且，控制冷却速度约为2℃/s。

作为优选，在第二步中，合金加热至600℃。