[发明专利]一种提高亚稳β钛合金强度的预变形热处理工艺

说明书

本发明公开了一种提高亚稳β钛合金强度的预变形热处理工艺，涉及到钛合金材料热加工以及热处理技术领域。包括：(1)预先热处理：将锻态亚稳β钛合金加热至T_β以上0～100℃保温0.5～6h；(2)预变形：将上述亚稳β钛合金在T_β以下～200℃至T_β以上100℃内保温0.2～6h，随后进行轧制热变形；(3)直接时效处理：将上述亚稳β钛合金加热至400～600℃，保温4～12h。本发明通过轧制热变形和直接时效热处理的工艺，能够有效调控合金微观组织中α相的析出，并使得变形组织得到充分回复，从而使亚稳β钛合金在维持其优异的塑性的前提下，大幅度提高其强度，实现强度和塑性之间的良好匹配。

技术领域

本发明公开了一种亚稳β钛合金的预变形热处理工艺，涉及到钛合金材料热加工以及热处理技术领域。

背景技术

亚稳β钛合金具有比强度高、优异的成形性能、深的淬透性等特点，特别是与α+β两相钛合金相比，其强度更高，经过合适的热处理以后可以达到1200MPa以上，因此在航空航天领域的应用越来越广泛。

亚稳β钛合金高温时为单一β相，当冷却至α+β两相区时α相将从β基体中析出。α相作为主要强化相，其尺寸、形貌、分布以及体积分数对亚稳β钛合金的力学性能起到极为重要的作用。目前，亚稳β钛合金的β→α相变过程主要受到热处理工艺控制，通过调控热处理工艺，可以控制α相的析出，使得β基体中获得不同含量、尺寸的α相，进而可以获得满足使用要求的力学性能。亚稳β钛合金主要的热处理工艺为固溶+时效处理，其一般过程为首先在β单相区保温并淬火至室温以获得全β组织，随后在合适的温度时效(一般在400℃至600℃)4～12小时，使得α相在β基体中充分析出。

然而，热处理对亚稳β钛合金力学性能的提升具有局限性，即无论如何调节热处理工艺，其力学性能不可能突破某一最大值。因此，如何突破亚稳β钛合金力学性能的极限值成为目前科学工作者和工程师棘手的难题。要解决此难题，突破点还是在与β→α相变过程，只要在β基体中析出更多的α相，亚稳β钛合金的力学性能就会提升。基于固态相变理论，相变的驱动力为不仅可以有过冷度提供，位错、晶界等缺陷处存储的能量同样可以作为驱动力，当相变发生在缺陷处时，会释放存储的能量进而促进相变的发生。针对亚稳β钛合金，热变形可以有效的提升基体的缺陷含量，进而会影响后续热处理过程中的α相的析出。进而可以进一步调控亚稳β钛合金的力学性能。但是，将预变形和热处理工艺结合来调控亚稳β钛合金的力学性能难度较大，预变形参数以及固溶时效热处理工艺参数均会对最终结果产生较大影响，若参数选择不当，将无法起到强化效果，甚至会使得合金性能恶化。比如张虎等人(张虎，热处理工艺对新型高强β钛合金组织和性能的影响，硕士学位论文，2013)对一种新型亚稳β钛合金的预变形直接时效热处理工艺进行研究，但是由于预变形的变形量不够，β晶粒并未明显沿轧向拉长，还呈现出近似等轴状，使得基体缺陷较少，导致最终预变形直接时效热处理后合金的强度并未高于传统固溶时效热处理后合金的强度，并未起到强化效果。因此，如何获得预变形参数以及固溶时效热处理工艺参数的最佳匹配，以期提高合金力学性能是技术难点。

发明内容

为解决现有技术传统固溶+时效热处理工艺存在的强度极限的缺陷，本发明的目的在于提供一种提高亚稳β钛合金强度的预变形热处理工艺，本发明可以大幅提高亚稳β钛合金的强度并且其塑性可以得到维持。

本发明涉及一种提高亚稳β钛合金强度的预变形热处理工艺，包括如下步骤：

(1)预先热处理：对锻态亚稳β钛合金加热保温后，淬火至室温，得到预先热处理后亚稳β钛合金；

(2)预变形：将上述预先热处理后亚稳β钛合金进行预热处理，随后采用轧机对亚稳β钛合金进行轧制热变形，然后淬火至室温；

(3)直接时效热处理：将上述预变形后的亚稳β钛合金加热保温，然后冷却至室温。