[发明专利]细等轴显微组织钛和钛合金制造方法

说明书

本发明涉及疲劳强度和加工性优异的钛和钛合金制造方法，特别是细等轴显微组织钛，α钛合金或（α+β）钛合金制造方法。

钛及其合金用途很广，因其优异的强度/密度之比和抗腐蚀性而可用作航天材料，而且其应用还在不断扩大。大量需求钛以及α和（α+β）钛合金的原因是其高强度和延展性，但各领域的性能要求很严格，特别是航空航天领域，在易于引起环向应力的环境中应用，除了应具有优良的可加工性，还要具有优异的疲劳强度。因此而建立了严格的质量标准（如可参见AMS4967），以满足这些要求，材料的α晶粒必须具有细等轴。

由于对钛中杂质含量有限制，所以用常规加工和热处理可得到等轴显微组织，但难于均匀细化显微组织。

另一方面，结合采用热加工和处理常可制得上述领域所用产品，其形状各异（可为板、线、管、棒等），它们由α和（α+β）钛合金制成，但热加工步骤的缺点是满足以下两项要求的合适热加工温度范围太窄：（1）保证达到极精确产品形状的优良可加工性，（2）在产品中形成等轴显微组织。

而且，在上述温度范围内，显微组织对温度范围极敏感，例如即使温度略有升高，晶粒也会长大，因此加工后的显微组织势必变得不均匀。而且，热加工形成的显微组织没有发生任何明显变化。

因此已提出了制造等轴显微组织α和（α+β）钛合金的方法，如已见于日本专利公报NO.6-4914的制造方法，其中在特定的窄温度区间内重复进行加热和加工，还有已见于日本专利公报NO.63-4908中的制造方法，其中热轧材料在高于β相转变点的温度下加热。然而，这些方法不能令人满意地获得材料的均匀细等轴显微组织，而且，前者的缺点还包括产量低，成本高。

用氢作钛合金中暂时合金元素以改善其可加工性和显微组织的技术已见于以下文献：

（1）U.Zwicker    et    al，US2892742（1959年6月30日出版）。

该专利说明了Al含量为6%或以上的α钛合金可通过氢化并使其氢含量为0.05-1.0wt%，以改善热加工性，最后，再真空脱氢，但没有提到细化显微组织。

（2）W.R.Kerr    et    al.，“Hydrogen    as    an    alloying    element    in    titanium（Hydrovac）”，Titanium，80，P.2477-2486。

这篇论文说明了将作为（α+β）钛合金例子的Ti-6Al-4V合金氢化可改善热加工性，这是由于降低了β相转变点，并可提供细化显微组织，以60%或更低的压下量锻造而进行热加工，锻造在低速柱塞活动系统中进行，柱塞速度1.27×10^-3或更低，也就是说这种加工并不是可用热轧等工艺而进行高强度加工的实用加工工艺。

（3）N.C.Birla    et    al.，“Anisotropy    control    through    the    use    of    hydrogen    in    Ti-6Al-4V    alloy”，Transactions    of    the    Indian    Institute    of    Metals，Vol.37，No.5，October    1984，P.631-635。

这篇论文说明了将作为（α+β）钛合金的Ti-6Al-4V合金氢化后进行热轧而改善抗拉强度的各向异性。但在该工艺中，氢化板990℃均化2小时，并在730℃进行50%热轧，其中经过几道次，每道次热轧后均化处理10分钟，每次的压下量为10%，这就使得该工艺不适用。

（4）D.Eylon    et    al.，US4820360（1989年4月11日）。

该专利说明了细化铸钛合金制品显微组织的方法，其中于780-1020℃在含氢气氛中加热铸品以使其氢化，将氢化铸品冷却至室温，其中采用5-40℃/min的可控速度，并在真空中650-750℃加热已冷却的氢化铸品以脱氢。

（5）D.Eylon    et    al.，US4832760（1989年5月23日）。

该专利说明了预合金化钛合金粉末压块显微组织的细化方法，其中包括于780-1020℃在含氢气氛中加热压块制品以进行氢化，以5-40℃的速度将压块制品冷却至室温，并在真空中于650-750℃下加热已冷却的氢化压块制品以脱氢。