[发明专利]一种钛合金的应力时效热处理工艺

说明书

本发明一种钛合金的应力时效热处理工艺，属于钛合金热处理技术领域；工艺步骤包括对近β钛合金Ti‑7333试样进行固溶处理→水中淬火→应力时效处理→水中淬火，最后得到应力时效态钛合金，在近β钛合金的传统固溶‑时效处理中引入外加弹性拉、压应力，使热处理过程转变为固溶‑应力时效处理，在弹性应力水平σ作用下即可实现对近β钛合中α析出相显微组织特征的进一步精确调整与传统热处理工艺相比，应力时效后近β钛合金Ti‑7333中的α析出相出现明显的择优取向特征，且分布密集，从而提高近β钛合金Ti‑7333的强度。

技术领域

本发明属于钛合金热处理技术领域，具体涉及一种钛合金的应力时效热处理工艺。

背景技术

航空工业是钛及钛合金发展的主要动力，钛及钛合金的应用水平体现了航空工业的综合实力。近β钛合金由于具有高比强度、高损伤容限、优异的塑性加工能力、低成本以及优良的焊接性等综合性能而成为近年来世界各国的研究热点。按照亚稳状态下的相组织和β稳定元素含量可以将其分为α型、近α型、α+β型、近β型、亚稳β型和稳定β型钛合金，相对于α+β型钛合金，近β型和亚稳β型钛合金中含有较多的β稳定元素，β相可以在室温时稳定存在，且可在随后的热处理过程中转化为α相，从而具有高的时效强化效应，获得深淬透性及良好的强度、塑性和断裂韧性匹配，是发展高强度钛合金的最佳选择。Ti-7333合金是在跟踪国外高强钛合金材料研究的基础上，采用第一性原理计算(EMTO-CPA方法)、Mo当量、d电子理论、密度校核相结合的方法开发的一种具有自主知识产权的新型近β航空结构钛合金，其名义成分为： Ti-7Mo-3Nb-3Cr-3Al，[Mo]_eq：9.64，Ti-7333合金经铸锭熔炼、开坯锻造、棒材轧制后各规格棒材经固溶时效处理后，室温抗拉强度基本大于1400MPa，伸长率基本大于8％，相比同类型合金Ti-7333合金具有相近或者更优越的综合性能。通过调整热加工及热处理工艺，可以获得具有片层组织的Ti-7333合金，其强度保持在1000MPa水平的同时断裂韧性高达140MPa·m^1/2以上，是作为高强钛合金承力构件的理想材料，具有极大的开发潜力和应用前景。

钛合金的性能可在较大范围内调整归因于其显微组织尤其是α析出相的尺寸、形貌、分布和体积分数的多样性，热加工及热处理工艺过程涉及外加应力场、温度场及材料内部溶质场的耦合作用，可以实现对α析出相的调控。然而，传统的变形+后续热处理工艺难以实现对钛合金显微组织的进一步精确调控。应力时效工艺过程将应力场与温度场相结合，在实现构件精确成型的同时通过控制相变过程获得更加理想的微观组织特征及综合力学性能。在热处理过程中同时施加弹性应力场，能够改变形核区的应力场，改变原子扩散速率，引起微观缺陷的增殖，进而导致析出相的种类、生长机制和界面结构的不同。

在申请号为201210343128.9的中国发明专利中介绍了一种钛合金固溶+时效的热处理工艺，优化了合金力学性能。申请号为200910073419.9的中国发明专利公开了一种通过两步骤热处理获得三态组织的工艺。期刊论文Improving mechanical properties ofnear beta titanium alloy by high-low duplex aging(Materials Science andEngineering A，2019，754:702-707.)介绍了一种近β钛合金的高- 低双重时效热处理工艺，可以有效提高强度并减小塑性的恶化。但以上钛合金热处理工艺相关专利及论文均不涉及外加应力场的作用，没有通过将热场和应力场相耦合实现对钛合金微观组织的调控。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种钛合金的应力时效热处理工艺，通过在时效过程中引入外加弹性应力场的方式对近β钛合金中析出的α相进行尺寸、分布及形貌的调控。

本发明的技术方案是：一种钛合金的应力时效热处理工艺，其特征在于具体步骤如下：