[发明专利]一种Ti6Al4V合金锻件β退火热处理方法

说明书

本发明提供一种Ti6Al4V合金锻件β退火热处理方法，包括以下步骤：第一步：β退火：将Ti6Al4V合金锻件加热至β相变点以下25℃～45℃，保温第一保温时长后，再升温至相变点以上25℃～30℃，保温第二保温时长,出炉后在2min以内将Ti6Al4V合金锻件开始进行空冷或者吹风冷；第二步：去应力退火。本发明提供的Ti6Al4V合金锻件β退火热处理方法可得到满足规范要求的较高的强度、塑性和断裂韧性，较低的疲劳裂纹扩展速率，工艺简单稳定，操作方便，适用于工业化生产。

技术领域

本发明属于金属材料热处理技术领域，具体涉及一种Ti6Al4V合金锻件β退火热处理方法。

背景技术

Ti6Al4V是一种典型的两相钛合金，具有低密度，较高强度和疲劳强度，广泛用于航空、航天等领域，近年来，随着航空飞行器对长寿命、高可靠性提出要求，航空结构材料从单纯满足传统的静强度设计向损伤容限设计准则转变，损伤容限设计是为保证含裂纹或可能含裂纹的重要构件的安全，对断裂韧性和抗疲劳裂纹扩展性能等提出了要求。

对钛合金进行β热处理是获取高损伤容限性钛合金的主要技术途径之一，这是因为钛合金经β区退火后获得的片层组织与经常规(α+β)区热处理得到的等轴或双态组织相比，具有优异的断裂韧性和抗疲劳裂纹扩展性能。标准要求，经过普通退火的Ti6Al4V锻件，屈服强度和断裂韧性为：830MPa和55MPa·m1/2以上，而经过β退火热处理的Ti6Al4V锻件屈服强度和断裂韧性为：830MPa和80MPa·m1/2以上，可见经过β退火后的Ti6Al4V合金锻件，在室温强度不降低的情况下，断裂韧性显著提高。

目前现有规范确定的β退火热处理参数为：加热温度＝βt+30℃(±15℃)/t≥30min+去应力，组织要求为：单一原始β晶粒转变而来的具有网篮形状的β组织，且原始β晶粒尺寸不大于2mm，抗拉强度≥900MPa,屈服强度≥830MPa，延伸率≥6％，断面收缩率≥10％，断裂韧性要求≥80MPa·m1/2。

通过试验和试制发现，Ti6Al4V合金锻件在进行β退火后容易出现晶粒急剧长大，出现大于2mm的β晶粒，造成组织不合格，薄锻件(有效厚度≤50mm)容易出现延伸率不合格而厚锻件(有效厚度＞50mm)容易出现拉伸强度不合格的情况。

发明内容

本发明的目的是:提供一种Ti6Al4V合金锻件β退火热处理方法，通过本发明处理的Ti6Al4V合金锻件，不仅具有符合要求的显微组织，较高的强度，而且获得满足要求的塑性指标和高的断裂韧性，以及低的疲劳裂纹扩展速率，解决现有工艺中显微组织和性能不能满足规范要求的问题。

本发明涉及一种Ti6Al4V合金锻件β退火热处理方法，包括以下步骤：

第一步：β退火：

将Ti6Al4V合金锻件加热至β相变点以下25℃～45℃，保温第一保温时长后，再升温至相变点以上25℃～30℃，保温第二保温时长,出炉后在2min以内将Ti6Al4V合金锻件开始进行空冷或者吹风冷；

第二步：去应力退火。

可选的，所述第一保温时长在60min～120min内。

可选的，所述第二保温时长在40min～60min内。

可选的，所述Ti6Al4V合金锻件的有效厚度厚度越大，所述第一保温时长或第二保温时长越长。

可选的，所述Ti6Al4V合金锻件的显微组织中等轴α相的体积分数为30％～45％。

可选的，所述升温至相变点以上25℃～30℃，包括：

用35min～45min的时间升温至相变点以上25℃～30℃。

可选的，所述将Ti6Al4V合金锻件开始进行空冷或者吹风冷，包括：