[发明专利]一种调控TC11钛合金力学性能匹配性与一致性的热处理方法

说明书

本发明涉及热处理技术领域，具体公开了一种调控TC11钛合金力学性能匹配性与一致性的热处理方法，具体是将经两相区加工获得的TC11钛合金锻坯在Tsubgt;β/subgt;‑（10~50）℃进行固溶处理，固溶完成后出炉并空冷，随后水冷至室温，再在（500~650）℃时效处理240~480min，保温结束后随炉冷却至300~450℃，随后出炉空冷至室温即可。本发明能够针对不同规格TC11钛合金锻件，在较宽范围内精准调控TC11合金强度、塑性、硬度等综合性能匹配性，以解决常规热处理方式带来的强度、塑性、韧性等综合性能匹配难度大的问题。

技术领域

本发明涉及钛合金材料的热处理技术领域，具体涉及一种调控TC11钛合金力学性能匹配性与一致性的热处理方法。

背景技术

TC11钛合金是一种马氏体型（α+β）两相热强钛合金。该合金具有比强度高，中温性能好、耐腐蚀以及优良的焊接性等特点，可在500℃以下环境长期使用，被广泛应用于航空发动机压气机盘、叶片、鼓筒及飞机结构件等重要零部件。

常规的TC11钛合金锻件技术标准通常要求锻件室温强度达1030 MPa以上，同时对锻件塑性、韧性以及表面硬度等均提出了严格要求。然而，TC11钛合金产品力学性能受热处理冷速、热处理坯料尺寸等因素影响极大，如在TC11合金锻件整体热处理时，相同热处理制度条件下，锻件的强度会随热处理截面尺寸增大而降低。常规的“固溶+空冷+时效”的热处理工艺常常导致锻件强度难以满足标准要求，而采用“固溶+水冷（淬火）+时效”的处理方式，具体在固溶后进行淬火处理，虽然能够显著提升锻件强度，但同时会导致锻件塑性与韧性大幅度降低，以及产品硬度过高，从而造成锻件塑性、韧性降低和表面硬度不能满足标准要求；而且，受截面尺寸影响，相同热处理条件下，不同规格锻件力学性能波动极大。

因此，探索简单可靠的热处理制度，以准确调控TC11钛合金锻件各项力学性能，确保最佳综合性能匹配性与一致性，对于指导TC11锻件生产工艺参数的制定，以及确保锻件质量的稳定性，具有重要的理论和工程实际意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种调控TC11钛合金力学性能匹配性与一致性的热处理方法，以准确调控TC11钛合金锻件的各项力学性能，确保最佳综合性匹配性，并且操作简单可靠。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种调控TC11钛合金力学性能匹配性与一致性的热处理方法，其特征在于，将经两相区加工获得的TC11钛合金锻坯在T_β-（10~50）℃进行固溶处理，固溶完成后出炉并空冷，随后水冷至室温，再在（500~650）℃时效处理240~480min，保温结束后随炉冷却至300~450℃，随后出炉空冷至室温即可。

进一步，上述调控TC11钛合金力学性能匹配性与一致性的热处理方法，具体通过如下步骤来实现：

步骤1）：将两相区加工获得的TC11钛合金锻坯在T_β-（10~50）℃进行固溶处理，固溶完成后出炉并空冷；空冷时间按t₁=k₁×h进行计算，其中k₁为空冷系数，k₁值控制在0.05~0.3min/mm之间，h为坯料最大截面厚度；空冷完成后水冷至室温；

步骤2）：将步骤1）中水冷至室温的钛合金加热至500~650℃进行时效处理240~480min，保温结束后随炉冷却至300~450℃，随后出炉空冷至室温。

进一步，上述步骤1）中固溶保温时间按t₂=k₂×h进行计算，其中k₂为固溶保温系数，k₂值控制在0.4~0.8min/mm之间。锻坯截面厚度不同，固溶完成所需要的时间也不一样，这里的固溶保温系数就是确定在固溶温度条件下需要的保温时间，具体固溶保温时间计算方法为：固溶保温时间=固溶保温系数*锻坯最大截面厚度。