[发明专利]一种通过再结晶测定β单相区钛合金相变点温度的方法

说明书

本发明属于钛合金分析检测技术领域，具体涉及一种通过再结晶测定β单相区钛合金相变点温度的方法；本方法通过使β单相区组织原始β晶粒的破碎和细化，以及α相的动态再结晶和静态再结晶球化，得到球状或短棒状α相，不仅彻底消除了淬火金相组织遗传效应，避免马氏体相仍然沿着原始β晶粒中的α相集束位置生长，而且显著增大了晶内α相与马氏体相形貌差异，提高了显示度，极大地提升了β单相区钛合金相变点测定的精确性。测定值适用于钛合金铸锭开坯、均匀化锻造以及锻件生产工艺制定，通用性强。

技术领域

本发明属于钛合金分析检测技术领域，具体涉及一种通过再结晶测定β单相区钛合金相变点温度的方法。

背景技术

钛合金β转变温度又称钛合金相变点，指发生α相→β相变点的临界温度值。在理论研究和工程应用领域，钛合金相变点是影响实验参数和热加工工艺参数的重要变量，在进行实验和生产前必须提前准确测定。研究结果和经验证实，化学成分的种类和含量对钛合金的相变点有决定性影响，据不完全统计，各类型钛合金种类中，其相变点差值最高可达350℃以上。另外，对某一牌号的钛合金，相变点也存在较大差异，以应用最为广泛的Ti6Al4V(TC4)合金为例，相变点一般处于970℃～1010℃范围之间。另一方面，随着钛合金材料科学与技术进一步发展，为达到精确控制钛合金组织和性能为目的，钛合金的“高-低-高均匀化锻造”、“准β锻造”、“近β锻造”、“β锻造”以及准β热处理工艺在航空工业大量应用，这些先进工艺均是在钛合金相变点附近实现，工艺处理窗口较窄，对钛合金相变点值的准确度要求极高。在钛合金工程应用领域，均要求对每炉批次钛合金的铸锭、棒材以及多种半成品进行相变点测定。

国内外普遍采用金相法和差热分析法进行钛合金的相变点测定，国内熔炼厂和锻造厂一般依照HB 6623标准规定的判定方法进行测定，其主要原理是：α型、(α+β)型和亚稳定β型钛合金在热变形、退火和固溶时效状态下都含有一定数量的α相；在加热过程中，随着温度的升高，钛合金中α相的含量越来越少，β相的含量越来越多；达到某一临界温度后，钛合金将全部转变为β相组织。在该临界温度下保持一定时间后快速淬火，可以得到没有α相的针状马氏体或亚稳定β相组织；通过观察淬火试验的金相组织，就可以判断出钛合金全部转变为β相组织的最低温度；该标准规定，金相试样取自棒材、锻件或锻坯上，且金相试样中5个视野中初生α相含量都小于3％的温度为该炉批次相变点值。

不难发现，该标准中对钛合金相变点的测定是建立在对未溶解的初生α相含量体积分数的统计之上，这往往与绝大多数的棒材、锻件或锻坯均是(α+β)两相区供货状态有关。国内熔炼厂通常也根据HB6623标准规定的判定方法进行相变点测定，一般选择在钛合金铸锭或者经高温阶段开坯后的锻坯上取样，然后进行金相法测定。但该状态试样均为β单相区粗大的魏氏组织，并没有初生α相存在，虽然工程技术人员仍然可以根据相变点测试原理，统计晶内未溶解的层片状或针状α相体积分数来确定相变点值，由于β单相区组织遗传效应，淬火金相试样中的马氏体相仍然沿着原始β晶粒中的集束位置生长，并与母相呈某种特定的晶体学取向关系，从而与未溶解的α相平行交织重合在一起，显微镜下形貌难以识别，造成相变点判定难度加大，误差增加。实际生产经验表明，利用该标准，采用β单相区状态的试样，测定的相变点值偏高，这往往与β单相区组织遗传效应密切相关。目前，熔炼厂往往需要在两相区状态的半成品上重新取样，再按照HB6623标准规定的判定方法进行测定和相变点修正，这给前期的铸锭开坯和锻坯均匀化工艺参数制定带来诸多不确定性。针对此问题，国内孙智君等人提出了“一种测量铸造钛合金β转变温度的方法(CN106290454A)”，该方法通过预热处理随炉冷却等手段，在一定程度上解决了铸造钛合金细小α相与淬火针状马氏体的金相鉴别难题，但仍然未彻底消除β区单相区组织在淬火过程中的组织遗传效应，该专利作者由此提出提高热处理炉精度和缩小系列热处理温度间隔的建议来进一步提高相变点测定精度，遗憾的是，并未从根本上解决该问题。由此可见，针对β单相区组织状态的钛合金铸锭、锻坯等半成品，需要提出一种更加科学的钛合金β转变温度测定方法。

发明内容