一種提高tc4鈦合金室溫塑性的循環(huán)熱氫處理工藝的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種提高TC4鈦合金室溫塑性的方法。
【背景技術】
[0002]鈦被稱為“21世紀金屬”，鈦及鈦合金具有比重輕、比強度高、高溫性能好、防腐蝕能力強、無毒以及良好的生物相容性等優(yōu)點，在化工、航空、航天、能源、海洋開發(fā)、醫(yī)學等領域得到了廣泛的應用。航空工業(yè)是應用鈦合金最早的領域，由于航空工業(yè)對高強度低密度材料的需求日益迫切，大大促進了航空鈦工業(yè)的迅速發(fā)展。近年來，世界鈦工業(yè)和鈦材加工技術得到了飛速的發(fā)展，海綿鈦、變形鈦合金和鈦合金加工材的生產(chǎn)和消費都達到了很高的水平，在航空航天領域、艦艇、及兵器等領域的應用日益廣泛，在汽車、化學和能源等行業(yè)有著巨大的應用潛力。目前美國在航空航天等領域的用鈦量最大，自上世界80年代后，各種先進戰(zhàn)機和轟炸機中，鈦及其合金的用量已穩(wěn)定在20%以上。日本除了繼續(xù)開拓鈦在航空工業(yè)的應用外，仍以民用為主。我國對鈦合金的研究也十分活躍，我國鈦科學技術的發(fā)展不斷取得新的進展，目前鈦合金已成為我國航天航空工業(yè)中不可缺少的結(jié)構(gòu)材料。
[0003]但是鈦合金室溫塑性低、變形極限低、變形抗力大、冷成形容易開裂，大大限制了鈦合金的冷態(tài)工藝性。因此，目前大多數(shù)鈦合金需要在熱態(tài)下成形。但是由于鈦合金的熱變形溫度高和變形抗力大，對模具或工裝材料的選材帶來了困難，也給成形設備提出了更高的要求，使得現(xiàn)有成形設備加工鈦合金結(jié)構(gòu)件的能力大大降低，為研制新成形設備提出了更高的要求，增加了設備研制的費用和難度。
[0004]研究發(fā)現(xiàn)利用熱氫處理工藝，即在TC4鈦合金中引入一定含量的氫，然后再進行固溶淬火處理可以明顯改善其室溫塑性(參見:牛勇，李曉華，王耀奇，侯紅亮，李淼泉，林鶯鶯，李志強.置氫對T1-6A1-4V合金高溫塑性變形的影響.稀有金屬材料與工程，2008 ,12
(37): 2089-2093。孫中剛，侯紅亮，李紅，王耀奇，李曉華，李志強，周文龍.氫處理對TC4鈦合金組織及室溫變形性能的影響.中國有色金屬學報，2008,5(18): 789-793.Yuan BG ,Li CF,Yu HP, Sun DL.1nfluence of hydrogen content on tensile and compressiveproperties of T1-6A1-4V alloy at room temperature.Materials Science andEngineering A,2010，527(16):4185-4190.)。
[0005]但目前來說，現(xiàn)有通過熱氫處理以提高TC4鈦合金室溫塑性的方式，普遍存在著性能的提高仍不能滿足生產(chǎn)使用需求的問題。因此，能夠更大程度提高TC4鈦合金室溫塑性的工藝方法亟待發(fā)掘。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術所存在的不足之處，在原有熱氫處理技術的基礎上，提供了一種能更大程度改善TC4鈦合金室溫塑性的循環(huán)熱氫處理方法，即對TC4鈦合金進行循環(huán)置氫處理。
[0007]本發(fā)明解決技術問題，采用如下技術方案:
[0008]本發(fā)明提高TC4鈦合金室溫塑性的循環(huán)熱氫處理工藝，其特點在于:對TC4鈦合金進行二次循環(huán)置氫處理，即對TC4鈦合金進行一次置氫處理后，再除氫，然后再進行二次置氫處理，最后進行固溶淬火處理，即完成對TC4鈦合金室溫塑性的提高。具體是按如下步驟進行:
[0009]步驟1、一次置氫處理
[0010]將TC4鈦合金試樣放入管式爐的爐管內(nèi)，開啟真空系統(tǒng)，將爐管內(nèi)真空度抽至低于1X10—3Pa,開始升溫;當溫度升至750°C時關閉真空系統(tǒng)，向爐管內(nèi)通入氫氣，保持爐管內(nèi)氫壓為ll-25kPa，并保溫2h;然后將爐管從管式爐內(nèi)拉出，空冷至室溫后取出試樣；
[0011]步驟2、除氫
[0012]將一次置氫后TC4鈦合金試樣放入管式爐的爐管內(nèi)，開啟真空系統(tǒng)，將爐管內(nèi)真空度抽至低于I X 10—3Pa,然后升溫至750°C，保溫10h，最后隨爐冷卻至室溫后取出試樣;在升溫和保溫的過程中真空系統(tǒng)保持工作狀態(tài)；
[0013]步驟3、二次置氫處理
[0014]將除氫后TC4鈦合金試樣放入管式爐的爐管內(nèi)，開啟真空系統(tǒng)，將爐管內(nèi)真空度抽至低于I X 10—3Pa,開始升溫;當溫度升至750°C時關閉真空系統(tǒng)，向爐管內(nèi)通入氫氣，保持爐管內(nèi)氫壓為ll_25kPa，并保溫2h;然后將爐管從管式爐內(nèi)拉出，空冷至室溫后取出試樣；
[0015]步驟4、固溶淬火處理
[0016]將二次置氫后TC4鈦合金試樣放入石英管中，將石英管內(nèi)真空度抽至低于5.0 X10—3Pa并封裝;將封裝后石英管放入溫度為850°C的管式爐內(nèi)，保溫30min后水淬，淬火時入水瞬間將石英管擠破，取樣，即完成對TC4鈦合金室溫塑性的提高。
[0017]與已有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0018]本發(fā)明通過對TC4鈦合金進行“置氫-除氫-置氫-固溶淬火”的二次置氫處理方法來提高其室溫塑性，與進行“置氫-固溶淬火”的一次置氫處理方法相比，改善了TC4鈦合金中α相和β相的比例，增加了合金中塑性較好的β相的含量，減少了 V馬氏體的含量，細化了晶粒，從而使其室溫塑性進一步得到了改善。經(jīng)二次循環(huán)熱氫處理后，TC4鈦合金的極限變形率提高了 22.1%，屈服強度降低了 11.1%，屈強比降低了 11.5%。
[0019]目前尚沒有有關本發(fā)明中循環(huán)熱氫處理工藝的研究報道。
【附圖說明】
[0020]圖1為不同置氫次數(shù)的TC4鈦合金試樣的光學顯微組織:(a)未置氫；(b)置氫一次；(c)置氫二次；(d)置氫三次。
[0021]圖2為不同置氫次數(shù)的TC4鈦合金試樣的XRD圖譜:(a)未置氫；(b)置氫一次；(C)置氫二次；(d)置氫三次。
[0022]圖3為不同置氫次數(shù)TC4鈦合金試樣的真應力-真應變曲線。
[0023]圖4為不同置氫次數(shù)TC4鈦合金試樣的極限變形率。
[0024]圖5(a)為不同置氫次數(shù)TC4鈦合金試樣的屈服強度和抗壓強度，(b)為不同置氫次數(shù)TC4鈦合金試樣的屈強比。
【具體實施方式】
[0025]實施例1
[0026]本實施例所用實驗材料為TC4鈦合金棒材，直徑30mm。原始棒材經(jīng)線切割，切取尺寸為Φ 4mm X 6mm的圓柱形試樣，試樣經(jīng)過800#、1000#砂紙打磨，丙酮超聲波清洗，并吹干，確保試樣表面無污染。
[0027]為了確定提高TC4鈦合金室溫塑性的最佳循環(huán)置氫次數(shù)，本實施例選取了三個試樣，分別對三個試樣進行一次置氫處理、二次置氫處理、三次置氫處理。一次置氫工藝為:一次置氫-固溶淬火；二次置氫工藝為:一次置氫-除氫-二次置氫-固溶淬火;三次置氫工藝為:一次置氫-除氫-二次置氫-除氫-三次置氫-固溶淬火。TC4鈦合金的最佳氫含量在0.6 %?0.8 %之間，本實施例選擇氫含量為0.65%,每次置氫時均保持爐管內(nèi)氫壓為16kPa;若所選氫含量為0.6% ,則每次置氫時均保持爐管內(nèi)氫壓為IIkPa；若所選氫含量為0.8% ,則每次置氫時均保持爐管內(nèi)氫壓為25kPa ；
[0028]以二次置氫工藝為例，詳細介紹其步驟如下:
[0029]步驟1、一次置氫處理
[0030]將TC4鈦合金試樣放入管式爐的爐管內(nèi)，開啟真空系統(tǒng)，將爐管內(nèi)真空度抽至低于I X 10—3Pa,以10°C/min的升溫速率從室溫開始升溫；當溫度升至750°C時關閉真空系統(tǒng)，向爐管內(nèi)快速通入高純氫氣(99.999%)，保持爐管內(nèi)氫壓為16kPa，并保溫2h;然后將爐管從管式爐內(nèi)拉出，空冷至室溫后取出試樣；
[0031]步驟2、除氫
[0032]將一次置氫后TC4鈦合金試樣放入管式爐的爐管內(nèi)，開啟真空系統(tǒng)，將爐管內(nèi)真空度抽至低于I X 10—3Pa，然后以10°C/min的升溫速率從室溫開始升溫至750°C，保溫1h，最后隨爐冷卻至室溫后取出試樣;在升溫和保溫的過程中真空系統(tǒng)保持工作狀態(tài)，以防止除氫過程中試樣被氧化；
[0033]步驟3、二次置氫處理
[0034]將除氫后TC4鈦合金試樣放入管式爐的爐管內(nèi)，開啟真空系統(tǒng)，將爐管內(nèi)真空度抽至低于I X 10—3Pa，以10°C/min的升溫速率從室溫開始升溫；當溫度升至750°C時關閉真空系統(tǒng)，向爐管內(nèi)快速通入高純氫氣(99.999 % )，保持爐管內(nèi)氫壓為16kPa，并保溫2h;然后將