一种钛合金类胞状微观组织结构调控方法与流程

专利2026-07-08  12


本发明涉及一种钛合金类胞状微观组织结构调控方法,属于金属材料制备领域。


背景技术:

1、钛合金是具有优异综合性能的轻质金属结构材料之一,通常具有较低密度、高比强度、高耐蚀性、可焊接等性能特点。钛合金的轻质、高强、良好韧性、抗腐蚀等性能特点可以满足航空发动机结构及飞行器结构的综合性能需求,具有较好的保证零部件结构强度和抗损伤能力,对相关装备的跨越式发展起到关键作用。

2、强度和塑性匹配是钛合金进行微观组织调控的重要依据,特别是在高速冲击载荷作用下,充分发挥钛合金的强度、塑性性能潜力一直是本领域的重要研究方向,这与钛合金的微观组织结构因素密切相关。现有常规热加工和热处理方法一般通过细化晶粒、控制相种类、相比例等方法进行合金组织和力学性能调控。


技术实现思路

1、本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种钛合金类胞状微观组织结构调控方法,其目的是充分发挥高速冲击载荷作用下钛合金的强度、塑性性能潜力,完成微观组织调控和优化,提高钛合金坯料的综合力学性能。

2、为实现上述目的,本发明的技术解决方案如下:

3、本发明所述的钛合金类胞状微观组织结构调控方法,其特征在于:该方法通过固溶加连续阶梯转炉热处理完成,其步骤如下:

4、步骤一、钛合金热处理前状态要求

5、测定待热处理钛合金的相变点温度t;

6、在相变点以下对待热处理钛合金坯料进行锻造成型,锻造温度为t-20℃~t-50℃,锻造变形量不低于20%,测量得到钛合金坯料的最小外径尺寸d;

7、待热处理钛合金坯料具有双态组织,其中包括不少于5%体积分数的等轴α相及β转变相基体组织;

8、在此温度区间进行变形处理可以获得相对均匀细小的双态组织,同时能够积累一定变形能,在后续热处理过程中提供胞状组织形成的原始组织基础和转变驱动力;

9、准备2个热处理炉,分别为热处理炉1和热处理炉2;

10、步骤二、第一阶段α+β两相区固溶热处理

11、将钛合金坯料置于热处理炉1中进行加热,加热温度低于相变点温度t,高于步骤一中对待热处理钛合金坯料进行锻造成型的锻造温度,达到稳定状态后进行保温固溶热处理,保温时间t1按下式1确定:

12、(0.4d-30)min≤t1≤(0.4d+30)min        式1

13、步骤三、第二阶段α+β两相区转炉热处理

14、将热处理炉2加热至t-140℃~t-100℃并达到稳定状态,将完成步骤二热处理的钛合金坯料快速转炉至热处理炉2中,转移时间小于30s,随后在热处理炉2中保温,保温时间t2按下式2确定:

15、t2=0.4d min       式2

16、步骤四、第三阶段α+β两相区转炉热处理

17、将热处理炉1的加热温度调整至t-240℃~t-200℃并达到稳定状态,将完成步骤三热处理的钛合金坯料快速转炉至热处理炉1中,转移时间小于30s,随后在热处理炉1中保温,保温时间t3按下式3确定:

18、t3=0.6d min       式3

19、步骤五、第四阶段稳定化转炉热处理

20、将热处理炉2加热至t-300℃~t-250℃并达到稳定状态,将完成步骤四热处理的钛合金坯料快速转炉至热处理炉2中,转移时间小于30s,随后在热处理炉2中保温,保温时间t4按下式4确定:

21、t4=(0.75~1)d       式4

22、完成后出炉空冷至室温。

23、本发明技术方案的特点及优点为:

24、1、通过多个阶段的转炉热处理设计,充分利用变形储能和温度差带来的相变驱动力,经过连续阶梯转炉热处理后,获得等轴α相和边界β相的类胞状特征微观组织,可以同时获得强度和塑性的良好匹配,具有更佳的抗冲击载荷性能;

25、2、本方法利用钛合金的相变规律特点,使用常规热处理炉即可完成,在实际应用中具有较高的可行性和广泛的适用性。



技术特征:

1.一种钛合金类胞状微观组织结构调控方法,其特征在于:该方法通过固溶加连续阶梯转炉热处理完成,其步骤如下:


技术总结
本发明是一种钛合金类胞状微观组织结构调控方法,该方法将经过锻制成型的具有双态组织的钛合金坯料,通过连续阶梯转炉热处理后,获得等轴α相和边界β相的类胞状特征微观组织,可以同时获得强度和塑性的良好匹配,具有更佳的抗冲击载荷性能。本发明通过在锻制成型的具有双态组织的钛合金坯料应用连续阶梯转炉热处理工序,完成微观组织调控和优化,可以明显提高钛合金坯料的综合力学性能。

技术研发人员:张明达,周毅,丁小明,黄浩
受保护的技术使用者:中国航发北京航空材料研究院
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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