專利名稱：一種在雙相鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝，屬于鈦合金熱加工技術
領域。
背景技術：
鈦合金具有比強度高、耐蝕性好、耐熱性高的優點，是航天航空、石油化工、生物醫 學等領域的重要材料。對于雙相鈦合金，通過不同的熱加工工藝可以獲得不同的顯微組織。 雙態組織和片狀組織是雙相鈦合金的兩種典型組織。雙態組織由等軸a和13轉變組織構 成，具有雙態組織的鈦合金，其塑性和熱穩定性較好，高溫性能和斷裂韌性相對較差。具有片 狀組織的鈦合金，其塑性和熱穩定性相對較差，而高溫性能和斷裂韌性較好。近十多年，科研 人員通過近P鍛造技術在鈦合金中獲得了三態組織，這種組織包含20%等軸a 、50 60% 片狀a及余下為|3轉變組織。三態組織綜合了雙態組織和片狀組織的優點，因此具有良好 的綜合性能，具有三態組織的鈦合金，其塑性、熱穩定性、高溫性能和斷裂韌性均較好。目前除 近P鍛造技術外，尚未見報道有其它方法可在雙相鈦合金中獲得三態組織。而近P鍛造需 在a+|3 — |3轉變點以下10 2(TC進行鍛造，工作溫度區間相對較窄，不便于溫度的控制。
發明內容
本發明的目的是為了解決獲得三態組織鈦合金的近13鍛造技術存在的工作溫度 區間相對較窄和不便于溫度的控制的問題，進而提供一種在雙相鈦合金中獲得三態組織的 熱處理工藝。
本發明的一種在雙相鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝的步驟為 步驟一 第一次熱處理，將初始組織為雙態組織的鈦合金加熱到低13轉變點10
3(TC的溫度范圍內保溫，保溫時間以鈦合金材料的最大橫截面的長邊尺寸計算，即每lmm
保溫60 300s，保溫結束后迅速放入水槽冷卻到室溫； 步驟二 第二次熱處理，將經過第一次熱處理后的鈦合金加熱到低13轉變點40 6(TC的溫度范圍內保溫，保溫時間在第一次熱處理保溫時間的基礎上增加30 60min，然 后以空冷方式進行冷卻，得到三態組織鈦合金。 本發明與現有技術相比具有以下有益效果本發明的熱處理工藝無需近13熱變 形預處理，且工作溫度區間寬和便于溫度的控制；本發明的熱處理工藝簡便易行且適用范 圍廣泛，只要初始組織為等軸a和|3轉變組織構成的雙態組織即可，不管是退火狀態還是 熱變形后冷卻狀態均可采用本發明的熱處理工藝；若應用本發明的熱處理工藝對熱變形后 的鈦合金工件進行處理，則在工件滿足尺寸精度的前提下，不須對熱變形溫度做嚴格要求， 只要熱變形溫度在a+P區內采用本發明的熱處理工藝均能夠獲得三態組織鈦合金。
圖1是13轉變點為98(TC鈦合金的原始組織圖，圖2是鈦合金普通雙相區退火后的雙態組織圖，圖3是鈦合金13熱處理后的片狀組織圖，圖4是熱處理工藝曲線圖(圖中 橫軸為時間，縱軸為溫度，1為第一次熱處理溫度上升曲線，2為第一次熱處理保溫曲線，3 為第一次熱處理水冷曲線，4為第二次熱處理溫度上升曲線，5為第二次熱處理保溫曲線，6 為第二次熱處理水冷曲線，7為13轉變點曲線)，圖5是經過第一次熱處理后的鈦合金組織 圖，圖6是第二次熱處理后得到的鈦合金的三態組織圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一 本實施方式的一種在雙相鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝 的步驟為 步驟一 第一次熱處理，將初始組織為雙態組織的鈦合金加熱到低13轉變點10 30°C的溫度范圍內保溫，所述13轉變點的溫度為1000±20°C，保溫時間以鈦合金材料的最 大橫截面的長邊尺寸計算，即每lmm保溫60 300s，保溫結束后迅速放入水槽冷卻到室 溫； 步驟二 第二次熱處理，將經過第一次熱處理后的鈦合金加熱到低13轉變點40
6(TC的溫度范圍內保溫，所述13轉變點的溫度為1000士2(TC，保溫時間在第一次熱處理保 溫時間的基礎上增加30 60min，然后以空冷方式進行冷卻，得到三態組織鈦合金。
通過步驟一可以在鈦合金組織中保留一定含量的等軸初生a相，含量在10 30%之間，余下的為馬氏體；通過步驟二可以使在第一次熱處理中得到的等軸初生a相保 持原來的含量與形態，而在第一次熱處理中得到的一部分細針狀馬氏體粗化成為具有一定 厚度的片狀a ，另外通過空冷可獲得一定含量的P轉變組織；通過兩次熱處理就可以獲得 由等軸初生a 、片狀a及|3轉變組織構成的三態組織鈦合金。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中將初始組織 為雙態組織的鈦合金加熱到低P轉變點l(TC的溫度下保溫，保溫時間以鈦合金材料的最 大橫截面的長邊尺寸計算，即每lmm保溫60s ;步驟二中將經過第一次熱處理后的鈦合金加 熱到低P轉變點45t:的溫度下保溫，保溫時間為每1mm保溫60s的基礎上增加40min。
本實施方式的熱處理工藝曲線參見圖4，經過第一次熱處理后的鈦合金組織如圖 5所示，經過第二次熱處理后得到的鈦合金的三態組織如圖6所示，得到的三態組織鈦合金 在室溫下的強度為1105MPa，50(TC溫度下的強度為753MPa，室溫下的延伸率為15. 96%，沖 擊韌性為45. 44J/cm2。 P轉變點為98(TC鈦合金的原始組織如圖1所示，鈦合金普通雙相區 退火后的雙態組織如圖2所示，得到的雙態組織鈦合金在室溫下的強度為1156MPa，50(TC 溫度下的強度為705MPa，室溫下的延伸率為12. 23%，沖擊韌性為27. 78J/cm2 ;鈦合金P熱 處理后的片狀組織如圖3所示，得到的片狀組織鈦合金在室溫下的強度為1078MPa，50(TC 溫度下的強度為719MPa，室溫下的延伸率為9. 8%，沖擊韌性為46. 75J/cm2。由上述力學性 能數據可以看出雙態組織鈦合金塑性較好，但沖擊韌性較低；片狀組織鈦合金沖擊韌性較 高，而塑性相對較低；三態組織鈦合金由于綜合了片狀組織和雙態組織的優點，從而具有良 好的綜合性能，在保持較高強度和塑性的同時，其沖擊韌性與片狀組織基本相當。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中將初始組織
為雙態組織的鈦合金加熱到低P轉變點15t:的溫度下保溫，保溫時間以鈦合金材料的最 大橫截面的長邊尺寸計算，即每lmm保溫70s ;步驟二中將經過第一次熱處理后的鈦合金加熱到低P轉變點4(TC的溫度下保溫，保溫時間為每1mm保溫70s的基礎上增加45min。
本實施方式的得到的三態組織鈦合金在室溫下的強度為1092MPa， 50(TC溫度下的 強度為750MPa，室溫下的延伸率為13. 58%，沖擊韌性為42. 16J/cm2。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中將初始組織 為雙態組織的鈦合金加熱到低P轉變點2(TC的溫度下保溫，保溫時間以鈦合金材料的最 大橫截面的長邊尺寸計算，即每lmm保溫80s ;步驟二中將經過第一次熱處理后的鈦合金加 熱到低P轉變點50。C的溫度下保溫，保溫時間為每lmm保溫80s的基礎上增加50min。
本實施方式的得到的三態組織鈦合金在室溫下的強度為1089MPa， 50(TC溫度下的 強度為746MPa，室溫下的延伸率為13. 11%，沖擊韌性為41. 53J/cm2。 具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中將初始組織
為雙態組織的鈦合金加熱到低P轉變點25t:的溫度下保溫，保溫時間以鈦合金材料的最 大橫截面的長邊尺寸計算，即每lmm保溫90s ;步驟二中將經過第一次熱處理后的鈦合金加 熱到低P轉變點55t:的溫度下保溫，保溫時間為每lmm保溫90s的基礎上增加55min。
本實施方式的得到的三態組織鈦合金在室溫下的強度為1091MPa， 50(TC溫度下的 強度為740MPa，室溫下的延伸率為13. 98%，沖擊韌性為39. 55J/cm2。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中將初始組織 為雙態組織的鈦合金加熱到低P轉變點3(TC的溫度下保溫，保溫時間以鈦合金材料的最 大橫截面的長邊尺寸計算，即每lmm保溫100s ;步驟二中將經過第一次熱處理后的鈦合金 加熱到低P轉變點6(TC的溫度下保溫，保溫時間為每lmm保溫100s的基礎上增加60min。
本實施方式的得到的三態組織鈦合金在室溫下的強度為1085MPa， 50(TC溫度下的 強度為741MPa，室溫下的延伸率為14. 19%，沖擊韌性為42. 58J/cm2。
權利要求
一種在雙相鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝，其特征在于熱處理工藝的步驟為步驟一第一次熱處理，將初始組織為雙態組織的鈦合金加熱到低β轉變點10～30℃的溫度范圍內保溫，保溫時間以鈦合金材料的最大橫截面的長邊尺寸計算，即每1mm保溫60～300s，保溫結束后迅速放入水槽冷卻到室溫；步驟二第二次熱處理，將經過第一次熱處理后的鈦合金加熱到低β轉變點40～60℃的溫度范圍內保溫，保溫時間在第一次熱處理保溫時間的基礎上增加30～60min，然后以空冷方式進行冷卻，得到三態組織鈦合金。
2. 根據權利要求1所述一種在雙相鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝，其特征在 于所述步驟一中將初始組織為雙態組織的鈦合金加熱到低P轉變點l(TC的溫度下保溫， 保溫時間以鈦合金材料的最大橫截面的長邊尺寸計算，即每lmm保溫60s ;步驟二中將經過 第一次熱處理后的鈦合金加熱到低P轉變點45t:的溫度下保溫，保溫時間為每lmm保溫 60s的基礎上增加40min。
3. 根據權利要求1所述一種在雙相鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝，其特征在 于所述步驟一中將初始組織為雙態組織的鈦合金加熱到低P轉變點15t:的溫度下保溫， 保溫時間以鈦合金材料的最大橫截面的長邊尺寸計算，即每lmm保溫70s ;步驟二中將經過 第一次熱處理后的鈦合金加熱到低P轉變點4(TC的溫度下保溫，保溫時間為每lmm保溫 70s的基礎上增加45min。
4. 根據權利要求1所述一種在雙相鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝，其特征在 于所述步驟一中將初始組織為雙態組織的鈦合金加熱到低P轉變點2(TC的溫度下保溫， 保溫時間以鈦合金材料的最大橫截面的長邊尺寸計算，即每lmm保溫80s ;步驟二中將經過 第一次熱處理后的鈦合金加熱到低P轉變點5(TC的溫度下保溫，保溫時間為每lmm保溫 80s的基礎上增加50min。
5. 根據權利要求1所述一種在雙相鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝，其特征在 于所述步驟一中將初始組織為雙態組織的鈦合金加熱到低P轉變點25t:的溫度下保溫， 保溫時間以鈦合金材料的最大橫截面的長邊尺寸計算，即每lmm保溫90s ;步驟二中將經過 第一次熱處理后的鈦合金加熱到低P轉變點55t:的溫度下保溫，保溫時間為每lmm保溫 90s的基礎上增加55min。
6. 根據權利要求1所述一種在雙相鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝，其特征在 于所述步驟一中將初始組織為雙態組織的鈦合金加熱到低P轉變點3(TC的溫度下保溫， 保溫時間以鈦合金材料的最大橫截面的長邊尺寸計算，即每lmm保溫100s ;步驟二中將經 過第一次熱處理后的鈦合金加熱到低P轉變點6(TC的溫度下保溫，保溫時間為每lmm保溫 100s的基礎上增加60min。
全文摘要
一種在雙相鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝，它涉及一種在鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝。本發明解決了獲得三態組織鈦合金的近β鍛造技術存在的工作溫度區間相對較窄和不便于溫度的控制的問題。本發明的工藝步驟為第一次熱處理，將初始組織為雙態組織的鈦合金加熱到低β轉變點10～30℃的溫度范圍內保溫，保溫時間每1mm保溫60～300s，再放入水槽冷卻到室溫；第二次熱處理，將經過第一次熱處理后的鈦合金加熱到低β轉變點40～60℃的溫度范圍內保溫，保溫時間在第一次熱處理保溫時間的基礎上增加30～60min，然后以空冷方式進行冷卻，得到三態組織鈦合金。本發明的熱處理工藝無需近β熱變形預處理，且工作溫度區間寬和便于溫度的控制。
文檔編號C22F1/18GK101717904SQ200910073419
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月15日 優先權日2009年12月15日
發明者劉勇, 朱景川, 來忠紅, 王洋, 韓磊 申請人:哈爾濱工業大學