本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種細(xì)小等軸組織鈦合金的制備工藝，尤其涉及一種兩相鈦合金微觀組織細(xì)化方法。

背景技術(shù)：

鈦合金以其優(yōu)異的性能，被廣泛的應(yīng)用在航天航空領(lǐng)域。為了更進(jìn)一步挖掘鈦合金的潛能，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了不懈的研究，其中組織細(xì)化是改善金屬及合金的有效方法之一。目前細(xì)化鈦合金的方法很多，例如：通過熱氫處理、循環(huán)熱處理、形變熱處理都可以使鈦合金晶粒細(xì)化到微米級(jí)別；severeplasticdeformation(spd)和equal-channelangularpressing(ecap)手段，均可使得ti-6al-4v組織細(xì)化到納米級(jí)和亞微米級(jí)；i.p.semenova研究發(fā)現(xiàn)ti-6al-4v在不損害塑性的前提下，抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到1500mpa。spd和ecap是兩種很有效的細(xì)化組織的工藝，但是他們對(duì)設(shè)備和工藝要求很高，并且也存在一些問題，如：晶化的材料因?yàn)榻饘匍g化合物的存在而使得材料非常的脆。

因此有必要提出一種既能有效細(xì)化晶粒，又操作簡(jiǎn)單、易控、對(duì)設(shè)備要求不高的鈦合金細(xì)化工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種細(xì)化鈦合金顯微組織的方法，該方法簡(jiǎn)單易行，成本低，并能得到組織細(xì)小均勻的顯微組織，有利于提高材料的強(qiáng)度、塑性、韌性、疲勞能力及耐腐蝕性能等，充分挖掘鈦合金的潛能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

提供一種兩相鈦合金顯微組織細(xì)化方法，首先，在相變點(diǎn)之上(10-20)℃對(duì)坯料短時(shí)保溫后快速冷卻；然后，將坯料在相變點(diǎn)之下(50-80)℃進(jìn)行熱(溫)加工，加工后迅速冷卻，獲得組織細(xì)小、均勻的等軸α組織。并且，該變形組織通過去應(yīng)力退火或固溶時(shí)效后，依然能獲得細(xì)小，均勻地組織。

本發(fā)明優(yōu)選的所述兩相鈦合金顯微組織細(xì)化方法，具體包括以下步驟：

a.在相變點(diǎn)tβ之上(10-20)℃對(duì)坯料短時(shí)保溫，保溫時(shí)間t＝η1×h1，其中h1為坯料厚度mm，加熱系數(shù)η1取0.4-0.7；然后對(duì)完成保溫的坯料進(jìn)行快速冷卻；此步驟的保溫可以確保α相剛好轉(zhuǎn)化成β相，并且β晶粒剛好形成，未長(zhǎng)大；快速冷卻后可以得到細(xì)小均勻的晶內(nèi)含有細(xì)針α相的等軸β晶粒；

b.在兩相區(qū)相變點(diǎn)tβ之下(50-80)℃對(duì)步驟a冷卻后的坯料保溫，保溫時(shí)間t＝η2×h2，其中h2為坯料厚度mm，加熱系數(shù)η2取0.4-0.8，確保坯料熱透，然后快速開始進(jìn)行熱加工，加工率>40％，一火次變形，第一道次加工率不小于50％；熱加工后快速冷卻得到細(xì)小均勻的組織。

本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的方案中，步驟a所述的短時(shí)保溫溫度在相變點(diǎn)tβ之上(10-15)℃；最優(yōu)選相變點(diǎn)tβ之上10℃。

本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的方案中，步驟a所述的保溫時(shí)間t＝η1×h1，其中h1為坯料厚度mm，加熱系數(shù)η1取0.5-0.6。

本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的方案中，步驟a所述的快速冷卻為水淬。

本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的方案中，步驟b所述的保溫溫度是在兩相區(qū)相變點(diǎn)tβ之下50℃或80℃。

本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的方案中，步驟b所述的保溫時(shí)間t＝η2×h2，其中h2為坯料厚度mm，加熱系數(shù)η2取0.5-0.6。

本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的方案中，步驟b所述的快速冷卻為水淬。

本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式，包括以下步驟：將18mm的tc21鈦合金板坯在980℃保溫10分鐘，水淬；然后將板坯在920℃保溫10分鐘，接著快速一火次軋制，其第一道次變形量不小于50％，經(jīng)過50％，65％，80％變形后，得到細(xì)小的微觀組織。

本發(fā)明的另一種具體實(shí)施方式，包括以下步驟：將18mm的tc21鈦合金板坯在980℃保溫10分鐘，水淬；然后將板坯在890℃保溫10分鐘，接著快速一火次軋制，其第一道次變形量不小于50％，經(jīng)過50％，65％，80％變形后，得到細(xì)小的微觀組織。

本發(fā)明的方法，最關(guān)鍵的就是將預(yù)變形后的坯料進(jìn)行前期處理，即β區(qū)短時(shí)保溫，得到細(xì)小的具有針狀α相的等軸晶粒；發(fā)明人經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)熱處理溫度小于(tβ+10)℃時(shí)，組織α相向β相轉(zhuǎn)變不完全，而當(dāng)熱處理溫度大于(tβ+20)℃時(shí)，β晶粒生長(zhǎng)速率顯著增加，只有在tβ之上(10-20)℃這個(gè)溫度范圍內(nèi)β相的生長(zhǎng)才能得到有效控制，才能確保α相剛好轉(zhuǎn)化成β相，并且β晶粒剛好形成尚未長(zhǎng)大。此外，本發(fā)明方法中的后期熱加工，屬于較高溫度下的大變形鍛造(加工率＞40％)，采用一火次，第一道次大變形，熱加工后采用水淬等快速冷卻處理，目的是盡可能地抑制晶粒的長(zhǎng)大；本發(fā)明的所述熱加工工藝能夠更近一步促進(jìn)合金內(nèi)部細(xì)小組織的形成，而且不容易發(fā)生龜裂。

最終，通過本發(fā)明所述的方法，得到了細(xì)小晶粒的兩相組織，經(jīng)普通退火后得到大約500-600nm的等軸α晶。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在操作簡(jiǎn)單易行、對(duì)設(shè)備要求不高、成本相對(duì)較低、很容易推廣、適合工業(yè)化生產(chǎn)等多方面。

附圖說明

圖1a和圖1b是熱處理后預(yù)變形坯料組織形貌圖；其中，圖1a是500x金相照片，圖1b是10000xsem照片。從圖中可以看到，短時(shí)保溫后組織中α相剛好轉(zhuǎn)化成β相，并且β晶粒剛好形成，未長(zhǎng)大，等軸β晶粒細(xì)小均勻，晶內(nèi)含有細(xì)針α相。

圖2是實(shí)施例一處理后坯料固溶實(shí)效組織形貌圖，從圖中可以看到細(xì)小的等軸組織。

圖3是實(shí)施例二處理后坯料固溶實(shí)效組織形貌圖，從圖中可以看到細(xì)小的等軸組織。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，以下對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式加以描述，并通過列舉實(shí)施例的方式進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明做出闡述，但是本發(fā)明的技術(shù)方案并不限于下文所描述的某種具體實(shí)施方式和所列舉的某些具體實(shí)施例。

實(shí)施例一：

取tc21鈦合金加工成的18mm板坯，將爐溫升高到980℃，將板坯放入爐中保溫10分鐘，水淬，得到細(xì)小均勻的晶內(nèi)含有細(xì)針α相的等軸β晶粒(組織形貌見附圖1a、1b)。再將所述板坯在電阻爐中，在變形溫度920℃短時(shí)保溫10分鐘，然后快速一火次軋制，其第一道次變形量不小于50％，經(jīng)過50％，65％，80％變形后，水淬，tc21得到了細(xì)小的微觀組織，在經(jīng)過后續(xù)的熱處理，tc21微觀組織成細(xì)小的等軸組織，見附圖2。

實(shí)施例二：

取tc21鈦合金加工成的18mm板坯，將爐溫升高到980℃，將板坯放入爐中保溫10分鐘，水淬，然后在電阻爐中預(yù)熱，即在變形溫度890℃保溫10分鐘，然后快速一火次軋制，其第一道次變形量不小于50％，經(jīng)過50％，65％，80％變形后，水淬，tc21得到了細(xì)小的微觀組織，在經(jīng)過后續(xù)的熱處理，tc21微觀組織更加的細(xì)小，見附圖3。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種兩相鈦合金顯微組織細(xì)化方法，包括：首先，在相變點(diǎn)之上(10?20)℃對(duì)坯料短時(shí)保溫后快速冷卻；然后，將坯料在相變點(diǎn)之下(50?80)℃進(jìn)行熱(溫)加工，加工后迅速冷卻；獲得組織細(xì)小、均勻的等軸α組織。本發(fā)明所述的方法簡(jiǎn)單易行、成本低，并能得到組織細(xì)小均勻的顯微組織，而且不容易發(fā)生龜裂。

技術(shù)研發(fā)人員：王臨茹;趙永慶;周廉;趙振江;沈春龍;宋向前;王健;郭沁函;蔣輝琴
受保護(hù)的技術(shù)使用者：泰州學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.18
技術(shù)公布日：2017.07.07