[发明专利]一种改善β型钛合金机械热处理的方法

说明书

本发明公开了一种改善β型钛合金机械热处理的方法，属于钛合金材料制备领域，其步骤为：将相变点为T_β→α的β型钛合金铸锭进行高温热处理；合金铸锭在多个变形温度下进行多火次的锻造加工；所获锻件先后进行一级退火处理和三级时效处理。本发明中热加工工艺简易，所获锻件缺陷少，成品率和加工效率高，能源损耗低，能有效获取等轴初生α相，合金组织均匀性好，可确保合金获得良好的强塑性匹配。

技术领域

本发明涉及β型钛合金机械热处理技术，具体涉及一种改善β型钛合金机械热处理的方法，属于钛合金材料制备领域。

背景技术

随着航空航天、武器装备等领域向轻量化、高性能、长寿命、高可靠性等方向发展，研发和使用强度高、密度低的结构材料是必然趋势。β型钛合金作为近年来发展最快的新型轻质结构材料之一，与传统钛合金(如TC4)相比，具有最高的室温比强度和优异的抗疲劳性能，是实现结构件进一步减重、替代高强钢的优质候选材料。美国首次将B-120VACβ型钛合金大量应用于SR-71侦察机上，实现了大幅减重，提升了飞机机动性，扩大了作战范围。

尽管β型钛合金优势明显，但在热加工和热处理等方面面临诸多挑战。由于β型钛合金含有大量β稳定元素，合金的相变点T_β→α很低(一般在800℃附近，甚至更低)，变形抗力巨大。因此，为降低变形抗力，β型钛合金被推荐在相变点T_β→α以上进行热加工，所获组织被称为β退火组织。然而，该组织往往较粗大，时效热处理后，晶界附近极易形成PFZ区，严重损害了合金塑性和断裂韧性。为消除上述缺陷，获得良好的强-塑性匹配，β型钛合金必须在相变点T_β→α以下进行热加工，形成的等轴初生α相能有效钉扎β晶界，抑制晶粒快速长大，使合金维持良好的塑性。然而，对于相变点T_β→α非常低的β型钛合金，在该点以下加工时，由于合金的变形抗力激增，将导致晶粒破碎非常困难，且极易产生微观和宏观锻造缺陷，成品率不高，能耗巨大。此外，由于β型钛合金元素种类繁杂，各元素扩散热力学和动力学存在明显差异，合金熔炼困难，成分和组织均匀性得不到保障，严重制约了后续热处理调控的顺利进行，从而影响合金最终的力学性能。

发明内容

本发明的目的是提供改善β型钛合金机械热处理的方法，以解决现有β型钛合金热加工和热处理面临的问题。

本发明的技术方案：一种改善β型钛合金机械热处理的方法，包括如下步骤：

步骤一：将相变点为T_β→α的β型钛合金铸锭进行高温热处理，具体工艺为：(T_β→α+350)℃/8h/FC，其中FC表示炉冷；

步骤二：继续在(T_β→α+150)℃温度下进行2火次的锻造，随后在(T_β→α+80)℃温度下进行3火次的锻造，最后在(T_β→α+20)℃温度下进行4火次的锻造，每火次锻造完成后，均在(T_β→α-20)℃温度下进行5min的退火处理；

步骤三：将步骤二制得的锻件依次进行一级退火处理和三级时效处理，其中一级退火处理工艺为：(T_β→α-30)℃/1h/AC，三级时效处理工艺为：(300-400)℃/2h/AC+(550-650)℃/10min/WQ+(450-550)℃/2h/AC。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)能显著降低合金的变形抗力，可有效获取等轴α相，且微观和宏观锻造缺陷得到有效控制，成品率高；(2)整个机械热处理方法操作简便，加工效率高，能源损耗低；(3)合金组织(包括等轴初生α相、α析出相和β基体相)均匀性得到显著提升；(4)可确保合金获得良好的强塑性匹配。

附图说明

图1为实施例1中获得的SEM显微组织。

图2为对比例1中获得的SEM显微组织。