[发明专利]一种Ti-6Al-4V钛合金铸件真空退火快速冷却工艺

说明书

本发明涉及一种Ti‑6Al‑4V钛合金铸件真空退火快速冷却工艺，采用立式真空退火炉对Ti‑6Al‑4V钛合金铸件进行退火，立式真空退火炉内分为上区、中区、下区，立式真空退火炉的顶部设置氩气进口，立式真空退火炉的上区、中区、下区分别设置测温热电偶用于监控各分区的温度；将Ti‑6Al‑4V钛合金铸件放入立式真空退火炉内，并放入随炉试片和力学性能测试试棒，立式真空退火炉内加热至700℃并保温，保温结束后立式真空退火炉停止加热，Ti‑6Al‑4V钛合金铸件在炉膛内通过热辐射向炉壁上的冷却系统辐射热量，开始降温，当温度降至500℃时，开始向炉膛内充入氩气，氩气依次流经上区、中区、下区，以氩气为热量传导介质加快热量交换，增加冷却速度，温度降至250℃的出炉温度时将Ti‑6Al‑4V钛合金铸件出炉。

技术领域

本发明涉及铸件热处理技术领域，特别是一种降温速率高、不影响铸件表面质量的Ti-6Al-4V钛合金铸件真空退火快速冷却工艺。

背景技术

钛合金具有高比强度和优异的抗腐蚀性能，并且密度较低，仅为钢和镍基超合金的一半左右。具备这些优异的性能使得钛合金广泛应用于航空航天、化工、生物医药、海洋工程以及高端体育用品等产业。Ti-6Al-4V两相钛合金是目前应用最广泛的钛合金，除了航空航天领域，在民用领域如高尔夫球头等高端体育用品，以及医疗器械、人工器官等生物医用领域有着重要的应用。

钛合金的铸造成形过程中，容易产生各种各样的铸造缺陷如气孔、夹杂、缩孔、欠铸等，这些缺陷会在后续过程中通过补焊方法消除。补焊后该缺陷部位会残留焊接应力，为消除焊接残余应力，对铸件进行退火处理。

钛具有很高的化学活性，钛合金在高温时容易与空气中的元素发生化学反应。钛合金与氧气发生高温反应时，易在铸件表面生成如氧化钛、二氧化钛的化合物及富氧α层，这些氧化物和富氧α层会使铸件表面的塑性下降，严重时会产生脆性裂纹。钛合金和氢气接触时，在高温下氢元素极易扩散到钛合金基体中，过量氢元素的吸入会使铸件的塑性和韧性显著降低。因此铸件退火后为了加快冷却速度而引入氩气时，要避免引入氢、氧等有害元素。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种降温速率高、不影响铸件表面质量的Ti-6Al-4V钛合金铸件真空退火快速冷却工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供的Ti-6Al-4V钛合金铸件真空退火快速冷却工艺，采用立式真空退火炉对Ti-6Al-4V钛合金铸件进行退火，立式真空退火炉内分为上区、中区、下区，立式真空退火炉的顶部设置氩气进口，立式真空退火炉的上区、中区、下区分别设置测温热电偶用于监控各分区的温度；将Ti-6Al-4V钛合金铸件放入立式真空退火炉内，并放入随炉试片和力学性能测试试棒，立式真空退火炉内加热至700℃并保温，保温结束后立式真空退火炉停止加热，Ti-6Al-4V钛合金铸件在炉膛内通过热辐射向炉壁上的冷却系统辐射热量，开始降温，当温度降至500℃时，开始向炉膛内充入氩气，氩气依次流经上区、中区、下区，以氩气为热量传导介质加快热量交换，增加冷却速度，温度降至250℃的出炉温度时将Ti-6Al-4V钛合金铸件出炉。

进一步，所述立式真空退火炉内设置鼓风机。

进一步，在立式真空退火炉的炉内温度降至500℃时开始向炉膛内充入氩气，待炉内氩气压力充至1.0MPa时开启鼓风机，开启鼓风机30分钟后关闭鼓风机，温度降至250℃的出炉温度时将Ti-6Al-4V钛合金铸件出炉。

进一步，在立式真空退火炉的炉内温度降至500℃时开始向炉膛内充入氩气，并开启鼓风机，温度降至250℃的出炉温度时将Ti-6Al-4V钛合金铸件出炉。

进一步，采用金相法对随炉试片进行α层检测，确定在充入氩气的过程中是否有氧气或其他污染性气体进入炉膛。

进一步，对同炉退火的力学性能测试试棒进行力学性能检测，检验充入氩气加快冷却速度对铸件力学性能的影响。