[发明专利]一种提高钛合金力学性能的快速复合热处理工艺

说明书

一种提高钛合金力学性能的快速复合热处理工艺，所述工艺通过在高温β相区进行短时保温，以消除加工过程中产生的内应力，获得全β组织，然后降温至α+β相区保温以在β晶粒的晶界处形成晶界α相及由晶界形核向晶内生长的片状α相，形成晶界强化相；然后将淬火至室温状态的钛合金在α+β相区保温，形成晶内弥散强化效应；最后钛合金从保温温度直接淬火至室温，使得钛合金在没有发生α相变的β相区域以亚稳定状态被保留至室温，使得钛合金在外力加载时具有相变强化效应。本发明能有效提高合金处理效率，节约能源，同时有效提高钛合金件的力学性能。

技术领域

本发明涉及金属材料加工领域，尤其涉及一种提高钛合金力学性能的快速复合热处理工艺。

背景技术

钛合金由于其高的比强度和优异的抗腐蚀性能，广泛应用于航空航天、能源、航海、冶金、石油化工、机械、及医疗卫生等领域，已经成为现代社会不可或缺的材料，世界上越来越多的国家认识到钛合金的重要性，整个钛工业行业目前一直处于稳定增长态势。

钛合金中的α+β型合金与亚稳β型合金由于具有良好的可热处理强化效应、复杂的显微组织以及优异的力学性能，更是得到了人们的关注。钛合金的相变是钛合金热处理的理论基础，为了改善钛合金的性能，除了合金化以外，还要进行适当的热处理，而钛合金能进行的热处理类型较多，主要有退火、淬火时效、形变热处理、化学热处理等，同一种合金在不同的热处理下能发生不同的相变，在钛合金的相变过程中，冷却速度是一个十分重要的影响因素，它在很大程度上影响了合金的显微组织，从而影响到合金的性能：冷却速度较慢时，高温β相能直接析出α相，冷却速度较快时，母相中能形成各种亚稳相。如Ahmed T等研究了不同冷却速度对α+β型钛合金相变的影响，通过对Ti-6Al-4V合金的研究，发现不同的冷却速度下合金发生了不同的相变，冷却速度在410℃/s以上时，只发生β→α′(马氏体)相变，冷却速度在410℃/s至20℃/s时，发生β→αm块状转变，冷却速度继续降低，将直接发生β→α的相变。Grosdidier T等通过对不同温度固溶处理后的β-Cez合金进行拉伸变形测试，发现该合金在920℃、860℃、850℃固溶处理后，β相发生了应力诱导马氏体相变，但由于每种样品中β相的β稳定元素含量不同，临界诱发应力不同。Zhang X D等对Ti-6Al-2Cr-2Mo-2Sn-2Zr中的α₂相进行了研究，发现α₂相的形成与热处理冷却速度以及时效保温时间有关，当温度升高到730℃以上时，α₂相则消失。

如何通过组织最佳化获得综合性能良好的合金一直是研究工作者追求的目标。为了获得综合性能优异的钛合金构件，开发新的高效的热处理工艺显得十分必要。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种提高钛合金力学性能的快速复合热处理工艺，该热处理工艺可在短时间内快速提高小尺寸钛合金块的强度和力学性能，为开拓钛合金的应用范围提供了参考，具有较佳的科研价值和现实意义。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种提高钛合金力学性能的快速复合热处理工艺，该热处理工艺以α+β相钛合金及近β相钛合金为原料进行热处理加工，其加工时，钛合金料被预加工为长、宽、高均小于7cm的钛合金矩形块或者直径小于7cm的钛合金球，优选为5cm*5cm*5cm的正方体钛合金块或者直径为5cm的钛合金球。