[发明专利]一种近β钛合金显微组织及显微硬度调控的热处理方法

说明书

本发明涉及一种近β钛合金显微组织及显微硬度调控的热处理方法，包括以下步骤：S1：选取热处理原料，将合金铸锭进行开坯锻造处理，形成棒材；S2：固溶处理，将热处理炉进行加热至棒材的钛合金β相转变温度附近±50℃后，将棒材放置于热处理炉中进行保温，然后对棒材进行淬火，从而得到具有大量的亚稳β相的试样；S3：后续热处理，将试样从室温缓慢升温，在升温过程中同时引入外加弹性拉应力或压应力，当试样到达预定温度后，淬火，本申请具有将弹性应力场作用于热处理过程中的Ti‑7333合金，可以实现对Ti‑7333合金显微组织的精细化调控，即形成α析出相的择优取向，提高近β钛合Ti‑7333的显微硬度的效果。

技术领域

本发明属于钛合金加工技术领域，尤其涉及一种近β钛合金显微组织及显微硬度调控的热处理方法。

背景技术

钛及钛合金具有高比强度、高比模量、高韧性、高损伤容限性、抗磁性及良好的耐腐蚀性等优异的综合性能，是制备航空航天大型结构件的重要选材之一。目前国际上常用的高强钛合金主要有亚稳β型合金和近β钛合金，亚稳β型合金是指β稳定化元素的含量达到使马氏体转变点降至室温以下而又不足以使β转变点低于室温的合金，其中，亚稳β钛合金含有足够的β稳定元素，小尺寸的试样固溶空冷即可保留全β相，不发生马氏体相变。该类合金在固溶处理状态具有中等强度和高的塑性，冷成形性和可焊性好；在时效处理状态下室温强度高、断裂韧性好、淬透性好，是航空航天用弹簧结构、紧固件、带材等的理想材料。近β钛合金的β稳定元素含量比亚稳β钛合金的稍少，其Mo当量范围约为7.8～10.0，固溶后空冷不能完全保留β相。近β钛合金兼有亚稳β钛合金的诸多优点而不丧失α+β型两相钛合金的固溶特性，具有深淬透性及优异的强度、塑性和断裂韧性的匹配，可满足航空大型锻件高强、高韧、高淬透性的使用要求，是高强度钛合金的理想选择。

Ti-7333合金是由西北工业大学和北京航空材料研究院联合开发的一种新型近β航空结构钛合金，其设计目标是得到一种具有优良的强度、韧性、塑性匹配的新型高强钛合金材料，其名义成分为：Ti-7Mo-3Nb-3Cr-3Al，[Mo]eq：9.64。经固溶时效处理后，Ti-7333合金的室温抗拉性能可以达到1400MPa，伸长率可以达到8％以上，采用BASAC热处理工艺可使得Ti-7333合金具有超过80MPa的K_IC值，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。

对于可热处理强化的钛合金材料而言，合金中α析出相的含量、形貌、分布、取向及晶粒尺寸等显微组织特征参数对其综合力学性能具有显著的影响。通过调整热加工及热处理制度，可以实现调控钛合金中相的形态、比例、相界面等显微组织特征参数，进而实现对力学性能的调控。然而传统的热处理工艺难以完全实现对显微组织及力学性能的精确调控。

发明内容

本发明具有提供了一种能够在近β钛合金中获取具有择优取向α析出相的热处理工艺，能够对近β钛合金中析出的α相的取向进行精细化调控，从而调控微观组织并提高合金性能。

为了解决上述背景技术中的问题，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种近β钛合金显微组织及显微硬度调控的热处理方法，包括以下步骤：

S1：选取热处理原料，将合金铸锭进行开坯锻造处理，形成棒材；

S2：固溶处理，将热处理炉进行加热至棒材的钛合金β相转变温度附近±50℃后，将棒材放置于热处理炉中进行保温，然后对棒材进行淬火，从而得到具有大量的亚稳β相的试样；

S3：后续热处理，将试样从室温缓慢升温，在升温过程中同时引入外加弹性拉应力或压应力，当试样到达预定温度后，淬火。

作为发明的进一步说明：S1中的开坯锻造处理包括以下步骤：

S11：采用三次真空自耗电弧熔炼制备合金铸锭，进行扒皮；

S12：对扒皮后的合金铸锭进行β相区开坯锻造，形成锻坯；