[发明专利]钛合金构件及用于钛合金构件的热处理方法

说明书

本发明提供了一种钛合金构件及用于钛合金构件的热处理方法，该热处理方法包括以下步骤：选取钛合金基材，并利用电子束焊接工艺制作焊接接头；对焊接接头进行第一次去应力退火；对第一次去应力退火处理后的焊接接头进行固溶处理；将完成固溶处理后的焊接接头在靠近焊接区域的表面进行激光熔化沉积，得到构件；将构件进行第二次去应力退火；对第二次去应力退火处理后的构件依次进行第一次退火热处理以及第二次退火热处理。该热处理方法通过两次去应力退火缓解焊接接头在不同制备阶段的残余应力，通过固溶处理减少晶界α相提高塑性，通过双重退火热处理进一步调整不同区域中的组织特征来改变整体焊接接头的综合力学性能。

技术领域

本发明涉及电子束焊接与激光增材制造复合连接技术领域，具体涉及一种钛合金构件及用于钛合金构件的热处理方法。

背景技术

随着航空航天、汽车船舶、建筑制造等行业的发展，各类先进产业所用装备和构件都朝着大型化、整体化和高性能化发展，能否在极端工作环境下保持着高寿命和高性能已经成为衡量大型金属构件的重要标准之一，这对钛合金、高强钢和高温合金等先进材料又提出了更高的要求。钛合金由于比强度高、热强性好、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空航天及大型装备制造业中，对于大型复杂钛合金构件来说，能否保证其高效可靠的连接已经成为重大先进装备制造业的核心技术之一。

电子束焊接与激光增材制造复合连接是一种用于大型钛合金构件连接的新型方法，该方法可用于截面厚度大于100mm待连接的钛合金构件的连接，利用电火花在两侧预制出一定角度和深度的坡口，首先采用电子束焊接技术进行钛合金构件中部区域的对接焊，然后在坡口处利用激光增材制造连接技术制备致密的增材连接区，沉积完成后进行清理打磨以获得完整的焊接接头。

但是现有技术中，未进行去应力退火处理的电子束焊接结构常存在较大的残余应力，如果直接在坡口处进行激光增材制造，则激光增材制造产生的热应力或残余应力会叠加在前期的残余应力上，可能引起构件的变形。另外，受电子束焊接能量较高影响，TC11钛合金电子束焊缝区域晶界上常分布有晶界α相和一定含量的次生α相，进一步影响后续构件增材连接过程中的微观变形行为和塑性。再者，由于电子束焊接和激光增材连接区的组织受成形热力学影响较为复杂，且非平衡快速凝固将促使合金组织细化，因而致使连接区的硬度和强度高于母材区，塑性偏低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种钛合金构件及用于钛合金构件的热处理方法，该热处理方法通过两次去应力退火缓解焊接接头在不同制备阶段的残余应力，通过固溶处理减少晶界α相提高塑性，通过双重退火热处理进一步调整不同区域中的组织特征(包括数量和形貌等)来改变整体焊接接头的综合力学性能。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种用于钛合金构件的热处理方法。

该用于钛合金构件的热处理方法包括以下步骤：

选取钛合金基材，并利用电子束焊接工艺制作焊接接头；其中，所述钛合金基材的截面厚度≥100mm；

对所述焊接接头进行第一次去应力退火；

对第一次去应力退火处理后的所述焊接接头进行固溶处理；

将完成所述固溶处理后的所述焊接接头在靠近焊接区域的表面进行激光熔化沉积，得到构件；

将所述构件进行第二次去应力退火；

对第二次去应力退火处理后的所述构件依次进行第一次退火热处理以及第二次退火热处理。

进一步的，所述固溶处理的工艺条件为：升温至950～980℃，保温0.5～1h后空冷；

优选的，所述固溶处理的升温速率为10～20℃/min，冷却速率为30～40℃/min。

进一步的，所述第一次去应力退火和所述第二次去应力退火的工艺条件均为：升温至600～750℃，保温2～4h后空冷。