本發(fā)明屬于鈦合金熱加工，具體涉及一種ti-6al-4v鈦合金及其熱處理工藝。

背景技術(shù)：

1、鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)加入其他元素所組成的一種合金。鈦合金由于具有密度低、強(qiáng)度比高、抗蝕性能高、低溫性能好、化學(xué)活性大等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空航天、化工醫(yī)藥、體育休閑、醫(yī)用行業(yè)以及汽車工業(yè)等領(lǐng)域。鈦合金主要分為三類：α鈦合金，β鈦合金，以及α+β鈦合金，合金代號分別為ta、tb、tc。目前工業(yè)生產(chǎn)中最常用的鈦合金就是tc4即ti-6al-4v，大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品都圍繞此合金進(jìn)行展開。tc4廣泛應(yīng)用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)零件以及各種承力梁等構(gòu)件，所以對其性能要求更高。鈦合金的性能與組織有密不可分的關(guān)系，為此就需要通過對ti-6al-4v鈦合金進(jìn)行熱處理來調(diào)控顯微組織以達(dá)到此目的。

2、鈦合金常用的熱處理方法有固溶時(shí)效、淬火、退火等。固溶時(shí)效處理是將鈦合金加熱到設(shè)定的固溶溫度，使鈦合金中的溶質(zhì)能夠完全溶解于鈦合金基體中，為使鈦合金中的溶質(zhì)不能重新析出，需要使鈦合金迅速冷卻，形成固溶強(qiáng)化效應(yīng)。之后再將鈦合金在設(shè)定的溫度和時(shí)間下進(jìn)行時(shí)效處理，促進(jìn)鈦合金的強(qiáng)度硬度得到提升，并且可以保持良好的塑韌性。淬火處理包括三個(gè)過程：加熱、保溫和冷卻，是利用相變產(chǎn)生強(qiáng)化效果。鈦合金經(jīng)過淬火后的強(qiáng)化效果與合金元素性質(zhì)、濃度等因素有關(guān)。這些因素對鈦合金淬火后得到的相的類型、分布、數(shù)量等有很大關(guān)聯(lián)。退火處理是將鈦合金加熱至一定的溫度并進(jìn)行保溫，之后再緩慢冷卻至室溫。退火處理主要是消除應(yīng)力及缺陷，以此提高鈦合金的塑性，韌性、加工性能和耐腐蝕性能。

3、若想要ti-6al-4v鈦合金的綜合力學(xué)性能得到提升，最關(guān)鍵的問題就是對ti-6al-4v鈦合金的微觀組織進(jìn)行調(diào)控。但是現(xiàn)有的熱處理工藝對鈦合金進(jìn)行微觀組織調(diào)控時(shí)，工藝復(fù)雜，操作繁瑣，后續(xù)加工時(shí)機(jī)械切削力較大，成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種ti-6al-4v鈦合金及其熱處理工藝，本發(fā)明的ti-6al-4v鈦合金通過熱處理方法調(diào)控微觀組織結(jié)構(gòu)，保證綜合力學(xué)性能得到提升的情況下，其熱處理工藝方法簡單，操作方便，降低了ti-6al-4v鈦合金在后續(xù)加工時(shí)的機(jī)械切削力，既能縮短成本又能節(jié)約時(shí)間。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種ti-6al-4v鈦合金的熱處理工藝，包括以下步驟：

4、對ti-6al-4v鈦合金樣品表面進(jìn)行打磨預(yù)處理，去除樣品表面的氧化層，然后密封處理；

5、將打磨后的ti-6al-4v樣品進(jìn)行固溶處理，固溶處理溫度為850℃~950℃，固溶處理結(jié)束后水冷；

6、將固溶水冷后的ti-6al-4v樣品進(jìn)行打磨，去除表面氧化層，之后時(shí)效處理，時(shí)效處理結(jié)束后進(jìn)行空冷至室溫，得到熱處理后ti-6al-4v鈦合金。

7、在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，在固溶處理時(shí)的溫度分別為β相變點(diǎn)以下選取880℃和950℃，β相變點(diǎn)以上選取1000℃，固溶處理的保溫時(shí)間為1?h，ti-6al-4v鈦合金在α+β兩相區(qū)的上部溫度即低于β相變點(diǎn)溫度較少處進(jìn)行熱處理時(shí)，會形成具有等軸初生α相和由β相轉(zhuǎn)變而成的片層α相，由于這種微觀組織的形成，會使得ti-6al-4v鈦合金的綜合力學(xué)性能得到提高，進(jìn)一步優(yōu)選固溶處理溫度為950℃，并進(jìn)行1?h保溫。

8、在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，固溶處理時(shí)間為60?min~90?min。

9、在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述時(shí)效處理溫度為550℃，時(shí)效溫度對次生α相在尺寸上起決定性作用，次生的α相體積分?jǐn)?shù)在ti-6al-4v鈦合金中會對屈服強(qiáng)度產(chǎn)生很大的影響，因此，確定時(shí)效處理溫度為550℃。

10、在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述時(shí)效處理時(shí)間為4~6?h，在時(shí)效處理時(shí)的溫度為550℃時(shí)，時(shí)效處理的保溫時(shí)間分別選取4?h和6?h，ti-6al-4v鈦合金中如果時(shí)效時(shí)間過長形成的ω相會給初生α相提供形核點(diǎn)，增大初生α相的體積分?jǐn)?shù)，且片層α相也會被過長的時(shí)效時(shí)間所影響，導(dǎo)致體積分?jǐn)?shù)增加、長寬比增加、晶粒變得粗大，由于這些因素的影響，使得ti-6al-4v鈦合金的力學(xué)性能降低，進(jìn)一步優(yōu)選時(shí)效處理的保溫時(shí)間為4?h。

11、在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述水冷溫度為20℃，水冷時(shí)間為30?s。

12、在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，熱處理后的ti-6al-4v鈦合金拉伸強(qiáng)度為1089?mpa~1171?mpa，屈服強(qiáng)度為1005?mpa~1151?mpa，延伸率為5.3%~10%。

13、在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，對ti-6al-4v鈦合金樣品表面進(jìn)行處理的方法為：取尺寸為10*10*10?mm的ti-6al-4v，用砂紙去除表面氧化層后進(jìn)行密封保存。

14、當(dāng)選取的固溶溫度在低于β相變點(diǎn)995℃時(shí)，鈦合金的強(qiáng)度會隨著固溶溫度的升高而隨之升高。當(dāng)選取的固溶溫度在高于β相變點(diǎn)時(shí)，鈦合金的強(qiáng)度會隨著固溶溫度的升高而表現(xiàn)出下降的趨勢。并且ti-6al-4v鈦合金的塑性也是隨著固溶處理時(shí)溫度的升高呈現(xiàn)下降的趨勢。當(dāng)合金的固溶溫度高于β相變點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)致強(qiáng)度和塑性下降的原因是：ti-6al-4v鈦合金的微觀組織轉(zhuǎn)變成了板條狀的魏氏體。時(shí)效溫度對于ti-6al-4v鈦合金顯微組織中的初生α相影響較小，但是對次生α相也就是片層α相的尺寸有至關(guān)重要的影響。尤其是具有雙態(tài)組織的ti-6al-4v鈦合金的動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度會隨著片層α相寬度的增加而減小，并且片層α相的體積分?jǐn)?shù)會對ti-6al-4v鈦合金的屈服強(qiáng)度有很大影響。

15、本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述任一項(xiàng)所述的熱處理工藝制得的ti-6al-4v鈦合金，所述ti-6al-4v鈦合金由α相和少量β相組成。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：

17、本發(fā)明針對ti-6al-4v，為獲得更好的微觀組織以及更優(yōu)良的性能，對其進(jìn)行了固溶處理和時(shí)效處理，為獲得具有層片狀α相的雙態(tài)組織，將ti-6al-4v鈦合金在α+β兩相區(qū)的較高溫度下進(jìn)行固溶處理，固溶處理溫度為850℃~950℃，冷卻和時(shí)效的過程中，等軸狀的α相的含量會減小，并且次生α相即片層狀α相由β相分解產(chǎn)生，為了獲得大量的片層α相，需要在β相變點(diǎn)以下進(jìn)行熱處理，等軸α相的含量對熱處理的溫度十分敏感，所以在低于β相變點(diǎn)較少溫度時(shí)，等軸初生α相的含量和尺寸都會減小，析出的片層α相的含量和尺寸都會增大，為獲得尺寸和含量均合適的片層α相，在時(shí)效過程中時(shí)效時(shí)間盡量不要過長，時(shí)效處理時(shí)間為4?h~6?h，時(shí)效時(shí)間過長，片層α相的含量增長到一定程度后，會導(dǎo)致ti-6al-4v鈦合金塑性下降，片層α相的尺寸增大到一定程度后，會導(dǎo)致ti-6al-4v鈦合金硬度降低。

18、本發(fā)明ti-6al-4v鈦合金的熱處理工藝簡單，操作方便，降低了ti-6al-4v鈦合金在后續(xù)加工時(shí)的機(jī)械切削力，既能縮短生產(chǎn)時(shí)間又能節(jié)約成本。

19、3、本發(fā)明針對ti-6al-4v鈦合金的特征和性質(zhì)，采用固溶時(shí)效的方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)在固溶時(shí)效處理后的ti-6al-4v鈦合金獲得具有適當(dāng)尺寸和含量的片層α相的雙態(tài)組織，進(jìn)而使得ti-6al-4v鈦合金的綜合力學(xué)性能得到提高。