[发明专利]一种提高TC4钛合金性能的方法、TC4钛合金及其应用

说明书

本申请涉及一种提高TC4钛合金性能的方法、TC4钛合金及其应用。所述方法包括步骤：对TC4钛合金进行真空退火热处理，得到热处理后TC4钛合金；对所述热处理后TC4钛合金进行热等静压处理，其中，热等静压温度为TC4钛合金β相变点以下5～10℃。本申请的方法能够提高TC4钛合金的损伤容限，所得到的经改进后的TC4钛合金具有高的断裂韧性、低的裂纹扩展速率、优异的疲劳寿命一致性和优异的拉伸性能。

技术领域

本发明涉及能够提高TC4钛合金性能的方法、TC4钛合金及其应用，尤其适用于提高3D打印的TC4钛合金的性能。

背景技术

目前，对于钛合金，常用的热处理方法包括：退火处理、固溶处理和时效处理。其中。退火处理能够消除钛合金的内应力、提高塑性和组织稳定性，进而能够获得较好的综合性能。对于α合金和(α+β)合金，其退火温度通常选择在(α+β)→β相转变点以下120～200℃的范围内。固溶和时效处理是从高温区快冷，以得到马氏体α′相和亚稳定的β相，然后在中温区保温使得这些亚稳定相分解，以得到α相或化合物等细小弥散的第二相质点，达到使合金强化的目的。通常情况下，(α+β)合金的淬火在(α+β)→β相转变点以下40～100℃范围内进行，亚稳定β合金淬火在(α+β)→β相转变点以上40～80℃范围内进行。时效处理温度一般为450～550℃。

工业上还采用双重退火、等温退火、β热处理、形变热处理等金属热处理工艺。

TC4钛合金材料的组成为Ti-6Al-4V，属于(α+β)型钛合金，具有良好的综合力学机械性能，且比强度大、热导率低。

激光选区熔化成形TC4钛合金组织为针状α′马氏体组织，采用普通热处理工艺对合金进行热处理，所获得的组织为转变的β组织，这种组织的断裂韧性值KIC一般在60-70MPa.m^1/2，裂纹扩展较容易，疲劳一致性差。对于航空航天配件，对损伤容限的要求较高，损伤容限高说明航空航天配件在有一定损伤的情况下仍能安全工作，这对于提高航空航天部件的安全可靠性至关重要。目前，3D打印TC4钛合金的热处理制度还无法达到KIC值大于95MPa.m^1/2的要求，且疲劳寿命在高应力水平下存在一定的离散性。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题，本申请旨在提供一种提高TC4钛合金性能的方法，通过该方法改进后的TC4钛合金，其断裂韧性值得到显著提高，裂纹扩展速率得到显著降低，疲劳寿命在高应力水平具有很好的一致性，进而提高TC4钛合金的损伤容限和疲劳寿命。

本申请一方面提供了一种提高TC4钛合金性能的方法，所述方法包括步骤：

对TC4钛合金进行真空退火热处理，得到热处理后TC4钛合金；

对所述热处理后TC4钛合金进行热等静压处理，其中，热等静压温度为TC4钛合金β相变点以下5～10℃。

作为本申请可选的实施方式，所述真空退火热处理的温度为750～820℃。

作为本申请可选的实施方式，所述真空退火热处理的保温时间为2～3h。

作为本申请可选的实施方式，所述热处理后TC4钛合金冷却到温度≤100℃后，再进行所述热等静压处理。

作为本申请可选的实施方式，所述热等静压处理的压力为130～160MPa。

作为本申请可选的实施方式，所述热等静压处理的保温时间为3～4h。

进一步的，所述TC4钛合金为3D打印的TC4钛合金。

本申请另一方面提供了一种TC4钛合金，所述TC4钛合金由上述任一所述的方法经所述真空退火热处理和所述热等静压处理后得到。

作为本申请可选的实施方式，所述TC4钛合金的断裂韧性值为100～140MPa.m^1/2。