專利名稱：通過鍛造和熱處理獲得鈦合金三態(tài)組織的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鈦合金熱加工技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種鈦合金α+β兩相區(qū)鍛造和三重?zé)崽幚慝@得三態(tài)組織的方法。
背景技術(shù)：
鈦合金作為一種高性能的材料，具有密度小、比強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、石油化工、生物制藥等領(lǐng)域占有重要的地位。鈦合金鍛件經(jīng)過熱塑性變形改善了金屬的組織和性能。與鑄造相比，鍛造可以生產(chǎn)橫截面積更大的產(chǎn)品，同時(shí)通過合理的加工和嚴(yán)格的工藝控制，產(chǎn)品性能重現(xiàn)性好。在鈦合金的典型微觀組織中，三態(tài)組織由約20%等 軸α、50 60%條狀α和β轉(zhuǎn)變基體組成，不僅具有好的塑性，同時(shí)具有高的高溫性能、低周疲勞性性能和斷裂韌性，其綜合性能優(yōu)異。近十多年來，周義剛等在《近β鍛造推翻陳舊理論發(fā)展了三態(tài)組織》中、哈爾濱工業(yè)大學(xué)在已授權(quán)的公告號(hào)為CN101717904的發(fā)明專利中、西北工業(yè)大學(xué)在公開號(hào)為CN102212745A的發(fā)明專利申請(qǐng)中提出了獲得三態(tài)組織鈦合金的方法。近β鍛造在中國航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ΗΒ/Ζ199-2005《鈦合金鍛造工藝》中定義為“在β轉(zhuǎn)變溫度(Te)以下10°C 20°C加熱后的進(jìn)行鍛造”，鍛造溫度區(qū)間較窄，變形溫升效應(yīng)使得溫度不宜控制，另一方面，近β鍛造的加熱溫度接近相變溫度Te，若采用大變形單火次加載會(huì)導(dǎo)致溫升效應(yīng)而超過％，使得α相全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪?，最終無法獲得三態(tài)組織鈦合金；若采用多火次加載，鍛件在高溫狀態(tài)下反復(fù)加熱其晶粒會(huì)發(fā)生異常長(zhǎng)大的現(xiàn)象。因此，近β鍛造方法可能出現(xiàn)上述問題。而西北工業(yè)大學(xué)在公開號(hào)為CN102212745A的發(fā)明專利中表明在局部加載成形過程中，“預(yù)制坯加熱溫度為Te - (20 10°C ) ”，即近β鍛造的變形溫度區(qū)間，并未避開近β鍛造的上述問題。研究表明，鈦合金在α+β兩相區(qū)常規(guī)多火次鍛造，組織粗化不明顯，本發(fā)明鈦合金在α+β兩相區(qū)采用常規(guī)鍛造，避免了近β鍛造上述問題的出現(xiàn)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)在已授權(quán)的公告號(hào)為CN101717904的發(fā)明專利中要求“初始組織為等軸α和β轉(zhuǎn)變組織構(gòu)成的雙態(tài)組織”，而本發(fā)明對(duì)鈦合金的初始組織類型無特殊要求；另外，對(duì)于需要變形的鈦合金鍛件，該專利的方法也不適用。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的鍛造溫度區(qū)間接近β相轉(zhuǎn)變溫度Te，高溫多火次加載晶粒易粗化，以及對(duì)初始組織為雙態(tài)組織的限制的不足，本發(fā)明提出了一種通過鍛造和熱處理獲得鈦合金三態(tài)組織的方法。本發(fā)明包括以下步驟步驟一，α+β兩相區(qū)鍛造；將電阻爐溫度加熱至低于鈦合金的β轉(zhuǎn)變點(diǎn)30 50°C ;將坯料放入電阻爐中并保溫；保溫時(shí)間為15 120min ;將模具加熱至低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)40 60°C ;坯料保溫結(jié)束后，采用常規(guī)鍛造方法加載變形，得到鈦合金鍛件；根據(jù)該坯料的鍛比確定鍛造火次若該坯料的為鍛比< 70%，則單火次加載完成變形；若該坯料的鍛比>70%，則兩火次加載完成變形，且兩火次中該坯料的鍛比相同；鍛造中，壓力機(jī)的壓下速度為O. 2 O. 4mm/s ;通過水冷或空冷方式將變形后鈦合金冷卻至室溫；得到鈦合金鍛件；步驟二，第一次熱處理；將電阻爐加熱至低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)10 20°C ;將得到的鈦合金鍛件放入電阻爐中并保溫；保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60min ;保溫結(jié)束后在IOs內(nèi)將鍛件浸沒水中，通過水冷方式將該鍛件冷卻至室溫，使鈦合金鍛件組織成為α · +馬氏體；步驟三，第二次熱處理；將電阻爐加熱至低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)40 50°C ;將得到的組織為α _+馬氏體的鈦合金鍛件放入溫度低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)40 50°C電阻爐中并保溫；保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60 90min ;保溫結(jié)束后在IOs內(nèi)將鍛件浸沒水中，通過 水冷的方式將該鍛件冷卻至室溫，使鍛件組織改變?yōu)棣?+ α I#+馬氏體；步驟四，第三次熱處理；第三次熱處理的溫度為800 850°C ;將得到的組織為α等軸+ α條片+馬氏體的鈦合金鍛件放入溫度為800 850°C電阻爐中并保溫；保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60 90min保溫結(jié)束后取出鈦合金鍛件空冷到室溫，得到具有三態(tài)組織的鈦合金鍛件。本發(fā)明將坯料在α+β兩相區(qū)鍛造，改善鈦合金的初始組織，得到含有等軸α的等軸或雙態(tài)組織，為后續(xù)的熱處理工藝提供了組織形態(tài)上的準(zhǔn)備，因此，本發(fā)明對(duì)鈦合金的初始組織類型無特殊要求，適用多種初始組織類型的鈦合金。同時(shí)，本發(fā)明中α+β兩相區(qū)鍛造溫度區(qū)間比近β鍛造范圍更寬，加熱溫度更低，避開了近β鍛造溫度區(qū)間較窄，接近β相轉(zhuǎn)變溫度Te，高溫多火次加載晶粒易粗化等問題。在后續(xù)熱處理過程中，通過不同的熱處理溫度與冷卻方式的組合，控制等軸α的含量，β轉(zhuǎn)變基體上條狀α的析出，最終得到三態(tài)組織鈦合金。綜上所述，針對(duì)現(xiàn)有鈦合金獲得三態(tài)組織方法的不足之處，本發(fā)明提出鈦合金在α+β兩相區(qū)鍛造后，并通過三重?zé)崽幚慝@得三態(tài)組織的方法，為鈦合金鍛件獲得三態(tài)組織提供了一種有效的工藝路徑。


圖I是鈦合金鍛造和熱處理方法流程圖。圖2是實(shí)施例一中鈦合金的初始組織圖。圖3是實(shí)施例一最后獲得的二態(tài)組織圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本實(shí)施例是一種鈦合金兩相區(qū)鍛造和三重?zé)崽幚慝@得三態(tài)組織的方法，所用坯料的β相轉(zhuǎn)變溫度為990°C，初始組織如圖2所示。具體實(shí)施步驟為步驟一，α+β兩相區(qū)鍛造。將電阻爐溫度設(shè)定為鈦合金的α+β兩相區(qū)溫度，即低于β轉(zhuǎn)變點(diǎn)30 50°C的溫度范圍，本實(shí)施例中，設(shè)定電阻爐溫度為940°C，低于鈦合金β轉(zhuǎn)變溫度50°C。當(dāng)電阻爐的溫度到達(dá)940°C后將鈦合金的坯料放入電阻爐中。電阻爐升溫至940°C開始保溫；保溫時(shí)間依據(jù)HB/Z199-2005所述保溫時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；本實(shí)施例中保溫時(shí)間為15min。同時(shí)，將模具加熱至低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)40 60°C的溫度范圍，本實(shí)施例模具加熱到930°C，低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)60°C。坯料保溫結(jié)束后，將坯料置于模具中，通過常規(guī)鍛造方法將該坯料變形為鍛件。根據(jù)該坯料的鍛比確定鍛造火次若該坯料的為鍛比< 70%，則單火次加載完成變形；若該坯料的鍛比>70%，則兩火次加載完成變形，且兩火次中該坯料的鍛比相同。本實(shí)施例中，坯料的鍛比為40%，采用單火次完成變形。鍛造中，壓力機(jī)的壓下速度為O. 2 O. 4mm/s ;本實(shí)施例中壓力機(jī)的壓下速度為O. 2mm/s。變形后通過水冷或空冷方式將鈦合金冷卻至室溫；本實(shí)施例采用空冷方式使鈦合
金冷卻到室溫。得到鈦合金鍛件。步驟二，第一次熱處理。設(shè)定電阻爐溫度低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)10 20°C，本實(shí)施例中，電阻爐溫度為970°C，低于鈦合金β轉(zhuǎn)變溫度20°C。當(dāng)電阻爐的溫度到達(dá)970°C后將得到的鈦合金鍛件放入電阻爐中。電阻爐升溫至970°C開始保溫；保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60min ;本實(shí)施例兩相區(qū)鍛造前的保溫時(shí)間為15min,增加60min,即保溫時(shí)間為75min。保溫結(jié)束后在IOs內(nèi)將鍛件浸沒水中，通過水冷方式將該鍛件冷卻至室溫，使鈦合金鍛件組織成為α 馬氏體。步驟三，第二次熱處理。設(shè)定電阻爐溫度低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)40 50°C，本實(shí)施例中，電阻爐溫度為940°C，低于鈦合金β轉(zhuǎn)變溫度50°C。當(dāng)電阻爐的溫度到達(dá)940°C后將得到的組織為α等#+馬氏體的鈦合金鍛件放入電阻爐中。電阻爐升溫至940°C開始保溫；保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60 90min ;本實(shí)施例兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間為15min，增加75min，保溫時(shí)間為90min。保溫結(jié)束后在IOs內(nèi)將鍛件浸沒水中，通過水冷的方式將該鍛件冷卻至室溫，使鍛件組織改變?yōu)棣恋容S+ α條片+馬氏體。步驟四，第三次熱處理。第三次熱處理的溫度為800 850°C，本實(shí)施例中，第三次熱處理溫度為850°C。電阻爐的溫度為850°C時(shí)，將得到的組織為α # + α 馬氏體的鈦合金鍛件放入電阻爐中。當(dāng)電阻爐的溫度達(dá)到850°C時(shí)開始保溫。保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60 90min ;本實(shí)施例中兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間為15min，增加75min，保溫時(shí)間為90min ；保溫結(jié)束后取出鈦合金鍛件空冷到室溫，得到具有三態(tài)組織的鈦合金鍛件。本實(shí)施例中，經(jīng)過步驟一能夠使得坯料變成鍛件，原始組織中如果存在片狀α相，片狀α相就會(huì)發(fā)生扭曲，部分被破碎，并且組織中儲(chǔ)存大量的畸變能，為后續(xù)α球化提供動(dòng)力；在步驟二的第一次熱處理中α相完全球化，并且冷卻后等軸初生α相的含量在20%左右。后續(xù)的熱處理使得鈦合金鍛件組織中形成一定含量的條片狀α相和β轉(zhuǎn)變組織。由此，通過以上熱變形及熱處理手段就可以獲得由等軸α、條狀α以及β轉(zhuǎn)變基體組成的三態(tài)組織鈦合金鍛件。實(shí)施例二本實(shí)施例是一種鈦合金兩相區(qū)鍛造和三重?zé)崽幚慝@得三態(tài)組織的方法，所用坯料的β相轉(zhuǎn)變溫度為990°C。具體實(shí)施步驟為步驟一，α+β兩相區(qū)鍛造。將電阻爐溫度設(shè)定為鈦合金的α+β兩相區(qū)溫度，即低于β轉(zhuǎn)變點(diǎn)30 5 (TC的溫度范圍，本實(shí)施例中，設(shè)定電阻爐溫度為950°C，低于鈦合金β轉(zhuǎn)變溫度40°C。當(dāng)電阻爐的溫度到達(dá)950°C后將坯料放入電阻爐中。電阻爐升溫至950°C開始保溫；保溫時(shí)間依據(jù)HB/Z199-2005所述保溫時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；本實(shí)施例中保溫時(shí)間為30min。同時(shí)，將模具加熱至低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)40 60°C的溫度范圍，本實(shí)施例模具加熱到940°C，低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)50°C。坯料保溫結(jié)束后，將坯料置于模具中，通過常規(guī)鍛造方法將該坯料變形為鍛件。根據(jù)該坯料的鍛比確定鍛造火次若該坯料的為鍛比< 70%，則單火次加載完成變形；若該坯料的鍛比>70%，則兩火次加載完成變形，且兩火次中該坯料的鍛比相同。本實(shí)施例中，坯料的鍛比為60%，采用常規(guī)鍛造方法單火次完成變形。所述變形壓下速度為O. 2 O. 4mm/s ;本實(shí)施例壓下速度為O. 3mm/s。變形后通過 水冷或空冷方式將鈦合金冷卻至室溫；本實(shí)施例采用空冷方式使鈦合金冷卻到室溫。得到鈦合金鍛件；步驟二，第一次熱處理。將電阻爐溫度設(shè)定為低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)10 20°C的溫度范圍，本實(shí)施例中，設(shè)定電阻爐溫度為975°C，低于鈦合金β轉(zhuǎn)變溫度15°C。當(dāng)電阻爐的溫度到達(dá)975°C后將經(jīng)過步驟一得到的鈦合金鍛件放入電阻爐中。電阻爐升溫至975°C開始保溫；保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60min ;本實(shí)施例兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間為30min，增加60min,即保溫時(shí)間為90min ;保溫結(jié)束后在IOs內(nèi)將鍛件浸沒水中，通過水冷方式將該鍛件冷卻至室溫，使鈦合金鍛件組織成為α 馬氏體；步驟三，第二次熱處理。將電阻爐溫度設(shè)定為低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)40 50°C的溫度范圍，本實(shí)施例中，設(shè)定電阻爐溫度為945°C，低于鈦合金β轉(zhuǎn)變溫度45°C。當(dāng)電阻爐的溫度到達(dá)945°C后將經(jīng)過步驟二得到的組織為α 馬氏體的鈦合金鍛件放入電阻爐中。電阻爐升溫至945°C開始保溫；保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60 90min ;本實(shí)施例兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間為30min，增加60min，保溫時(shí)間為90min ;保溫結(jié)束后在IOs內(nèi)將鍛件浸沒水中，通過水冷的方式將該鍛件冷卻至室溫，使鍛件組織改變?yōu)閍 #fi+a I#+馬氏體。步驟四，第三次熱處理。第三次熱處理溫度為800 850°C，本實(shí)施例第三次熱處理溫度為820°C。電阻爐的溫度為820°C時(shí)，將經(jīng)過步驟三得到的組織為a_ + ciM+馬氏體的鈦合金鍛件放入電阻爐中。當(dāng)電阻爐的溫度達(dá)到820°C時(shí)開始保溫。保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60 90min ;本實(shí)施例兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間為30min，增加90min，保溫時(shí)間為120min ;保溫結(jié)束后取出鈦合金鍛件空冷到室溫，達(dá)到具有三態(tài)組織的鈦合金鍛件。實(shí)施例三本實(shí)施例是一種鈦合金兩相區(qū)鍛造和三重?zé)崽幚慝@得三態(tài)組織的方法，所用坯料的β相轉(zhuǎn)變溫度為980°C。具體實(shí)施步驟為步驟一，α+β兩相區(qū)鍛造。將電阻爐溫度設(shè)定為鈦合金的α+β兩相區(qū)溫度，即低于β轉(zhuǎn)變點(diǎn)30 5 (TC的溫度范圍，本實(shí)施例中，設(shè)定電阻爐溫度為950°C，低于鈦合金β轉(zhuǎn)變溫度30°C。當(dāng)電阻爐的溫度到達(dá)950°C后將坯料放入電阻爐中。電阻爐升溫至950°C開始保溫；保溫時(shí)間依據(jù)HB/Z199-2005所述保溫時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；本實(shí)施例中保溫時(shí)間為40min。同時(shí)，將模具加熱至低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)40 60°C的溫度范圍，本實(shí)施例模具加熱到940°C，低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)40°C。坯料保溫結(jié)束后，將坯料置于模具中，通過常規(guī)鍛造方法將該坯料變形為鍛件。根據(jù)該坯料的鍛比確定鍛造火次若該坯料的為鍛比< 70%，則單火次加載完成變形；若該坯料的鍛比>70%，則兩火次加載完成變形，且兩火次中該坯料的鍛比相同。本實(shí)施例中，坯料的鍛比為80%，采用兩火次加載完成變形，并且每火次完成該坯料40%的鍛比。所述變形壓下速度為O. 2 O. 4mm/s ;本實(shí)施例壓下速度為O. 4mm/S0變形后通過水冷或空冷方式將鈦合金冷卻至室溫；本實(shí)施例采用水冷方式使鈦合金冷卻到室溫。得到鈦合金鍛件；步驟二，第一次熱處理。將電阻爐溫度設(shè)定為低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)10 20°C的溫度范圍，本實(shí)施例中，設(shè)定電阻爐溫度為970°C，低于鈦合金β轉(zhuǎn)變溫度10°C。當(dāng)電阻爐的溫度到達(dá)970°C后將經(jīng)過步驟一得到的鈦合金鍛件放入電阻爐中。電阻爐升溫至970°C開始保溫；保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60min ;本實(shí)施例兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間為40min，增加60min,即保溫時(shí)間為IOOmin ;保溫結(jié)束后在IOs內(nèi)將鍛件浸沒水中，通過水冷方式將該鍛件冷卻至室溫，使鈦合金鍛件組織成為α 馬氏體；步驟三，第二次熱處理。將電阻爐溫度設(shè)定為低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)40 50°C的溫度范圍，本實(shí)施例中，設(shè)定電阻爐溫度為940°C，低于鈦合金β轉(zhuǎn)變溫度40°C。當(dāng)電阻爐的溫度到達(dá)940°C后將經(jīng)過步驟二得到的組織為α 馬氏體的鈦合金鍛件放入電阻爐中。電阻爐升溫至940°C開 始保溫；保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60 90min ;本實(shí)施例兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間為40min，增加90min，保溫時(shí)間為130min ;保溫結(jié)束后在IOs內(nèi)將鍛件浸沒水中，通過水冷的方式將該鍛件冷卻至室溫，使鍛件組織改變?yōu)閍 #fi+a I#+馬氏體。步驟四，第三次熱處理。第三次熱處理溫度為800 850°C，本實(shí)施例第三次熱處理溫度為800°C。電阻爐的溫度為800°C時(shí)，將經(jīng)過步驟三得到的組織為a_ + ciM+馬氏體的鈦合金鍛件放入電阻爐中。當(dāng)電阻爐的溫度達(dá)到800°C時(shí)開始保溫。保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60 90min ;本實(shí)施例兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間為40min，增加60min，保溫時(shí)間為IOOmin ;保溫結(jié)束后取出鈦合金鍛件空冷到室溫，達(dá)到具有三態(tài)組織的鈦合金鍛件。實(shí)施例四本實(shí)施例是一種鈦合金兩相區(qū)鍛造和三重?zé)崽幚慝@得三態(tài)組織的方法，所用坯料的β相轉(zhuǎn)變溫度為980°C。具體實(shí)施步驟為步驟一，α+β兩相區(qū)鍛造。將電阻爐溫度加熱至鈦合金的α+β兩相區(qū)溫度，即低于β轉(zhuǎn)變點(diǎn)30 5 (TC的溫度范圍，本實(shí)施例中，電阻爐溫度為940°C，低于鈦合金β轉(zhuǎn)變溫度40°C。當(dāng)電阻爐的溫度到達(dá)940°C后將鈦合金的坯料放入電阻爐中。電阻爐升溫至940°C開始保溫；保溫時(shí)間依據(jù)HB/Z199-2005所述保溫時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；本實(shí)施例中保溫時(shí)間為120min。同時(shí)，將模具加熱至低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)40 60°C的溫度范圍，本實(shí)施例模具加熱到930°C，低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)50°C。坯料保溫結(jié)束后，將坯料置于模具中，通過常規(guī)鍛造方法將該坯料變形為鍛件。根據(jù)該坯料的鍛比確定鍛造火次若該坯料的為鍛比< 70%，則單火次加載完成變形；若該坯料的鍛比>70%，則兩火次加載完成變形，且兩火次中該坯料的鍛比相同。本實(shí)施例中，坯料的鍛比為75%，采用兩火次加載完成變形，并且每火次完成該坯料37. 5%的鍛比。所述變形壓下速度為O. 2 O. 4mm/s ;本實(shí)施例壓下速度為O. 3mm/s。變形后通過水冷或空冷方式將鈦合金冷卻至室溫；本實(shí)施例采用空冷方式使鈦合金冷卻到室溫。得到鈦合金鍛件；步驟二，第一次熱處理。將電阻爐溫度設(shè)定為低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)10 20°C的溫度范圍，本實(shí)施例中，設(shè)定電阻爐溫度為965°C，低于鈦合金β轉(zhuǎn)變溫度15°C。當(dāng)電阻爐的溫度到達(dá)965°C后將經(jīng)過步驟一得到的鈦合金鍛件放入電阻爐中。電阻爐升溫至965°C開始保溫；保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60min ;本實(shí)施例兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間為120min，增 加60min，即保溫時(shí)間為ISOmin ;保溫結(jié)束后在IOs內(nèi)將鍛件浸沒水中，通過水冷方式將該鍛件冷卻至室溫，使鈦合金鍛件組織成為α 馬氏體；步驟三，第二次熱處理。將電阻爐溫度設(shè)定為低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)40 50°C的溫度范圍，本實(shí)施例中，設(shè)定電阻爐溫度為935°C，低于鈦合金β轉(zhuǎn)變溫度45°C。當(dāng)電阻爐的溫度到達(dá)935°C后將經(jīng)過步驟二得到的組織為α 馬氏體的鈦合金鍛件放入電阻爐中。電阻爐升溫至935°C開始保溫；保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60 90min ;本實(shí)施例兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間為120min，增加90min，保溫時(shí)間為210min ;保溫結(jié)束后在IOs內(nèi)將鍛件浸沒水中，通過水冷的方式將該鍛件冷卻至室溫，使鍛件組織改變?yōu)閍 #fi+a I#+馬氏體。步驟四，第三次熱處理。第三次熱處理溫度為800 850°C，本實(shí)施例第三次熱處理溫度為850°C。電阻爐的溫度為850°C時(shí)，將經(jīng)過步驟三得到的組織為a_ + ciM+馬氏體的鈦合金鍛件放入電阻爐中。當(dāng)電阻爐的溫度達(dá)到850°C時(shí)開始保溫。保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60 90min ;本實(shí)施例兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間為120min，增加75min，保溫時(shí)間為195min ;保溫結(jié)束后取出鈦合金鍛件空冷到室溫，達(dá)到具有三態(tài)組織的鈦合金鍛件。
權(quán)利要求
1.一種通過鍛造和熱處理獲得鈦合金三態(tài)組織的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一，α+β兩相區(qū)鍛造； 將電阻爐溫度加熱至低于鈦合金的β轉(zhuǎn)變點(diǎn)30 50°C;將坯料放入電阻爐中并保溫；保溫時(shí)間為15 120min ;將模具加熱至低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)40 60°C ;坯料保溫結(jié)束后，采用常規(guī)鍛造方法加載變形，得到鈦合金鍛件；根據(jù)該坯料的鍛比確定鍛造火次若該坯料的為鍛比< 70%，則單火次加載完成變形；若該坯料的鍛比>70%，則兩火次加載完成變形，且兩火次中該坯料的鍛比相同；鍛造中，壓力機(jī)的壓下速度為O. 2 O. 4mm/s ;通過水冷或空冷方式將變形后鈦合金冷卻至室溫；得到鈦合金鍛件； 步驟二，第一次熱處理； 將電阻爐加熱至低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)10 20°C;將得到的鈦合金鍛件放入電阻爐中并保溫；保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60min ;保溫結(jié)束后在IOs內(nèi)將鍛件浸沒水中，通過水冷方式將該鍛件冷卻至室溫，使鈦合金鍛件組織成為α 馬氏體；步驟三，第二次熱處理； 將電阻爐加熱至低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)40 50°C ;將得到的組織為α 馬氏體的鈦合金鍛件放入溫度低于鈦合金β轉(zhuǎn)變點(diǎn)40 50°C電阻爐中并保溫；保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60 90min ;保溫結(jié)束后在IOs內(nèi)將鍛件浸沒水中，通過水冷的方式將該鍛件冷卻至室溫，使鍛件組織改變?yōu)棣?+ α #+馬氏體； 步驟四，第三次熱處理； 第三次熱處理的溫度為800 850°C ;將得到的組織為α _ + α條彳+馬氏體的鈦合金鍛件放入溫度為800 850°C電阻爐中并保溫；保溫時(shí)間在兩相區(qū)鍛造前保溫時(shí)間基礎(chǔ)上增加60 90min保溫結(jié)束后取出鈦合金鍛件空冷到室溫，得到具有三態(tài)組織的鈦合金鍛件。
全文摘要
一種通過鍛造和熱處理獲得鈦合金三態(tài)組織的方法，將坯料在α+β兩相區(qū)鍛造，改善鈦合金的初始組織，得到含有等軸α的等軸或雙態(tài)組織，為后續(xù)的熱處理工藝提供了組織形態(tài)上的準(zhǔn)備。同時(shí)，本發(fā)明中α+β兩相區(qū)鍛造溫度區(qū)間比近β鍛造范圍更寬，加熱溫度更低，避開了近β鍛造溫度區(qū)間較窄，接近β相轉(zhuǎn)變溫度Tβ，高溫多火次加載晶粒易粗化等問題。在后續(xù)熱處理過程中，通過不同的熱處理溫度與冷卻方式的組合，控制等軸α的含量，β轉(zhuǎn)變基體上條狀α的析出，最終得到三態(tài)組織鈦合金。本發(fā)明對(duì)鈦合金的初始組織類型無特殊要求，適用多種初始組織類型的鈦合金，在鈦合金α+β兩相區(qū)通過三重?zé)崽幚?，為鈦合金鍛件獲得三態(tài)組織提供了一種有效的工藝路徑。
文檔編號(hào)C22F1/18GK102758159SQ20121027325
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者孫志超, 曹欣, 楊合, 王曉群 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)