一種制備多尺度多組態(tài)雙相鈦合金組織的熱加工方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種制備多尺度多組態(tài)雙相鈦合金組織的熱加工方法。通過短時(shí)加熱保溫，控制雙相鈦合金中的α相和β相比例，使兩相能共同協(xié)調(diào)熱變形。在兩相區(qū)采用較高的變形速度，較大的變形量進(jìn)行熱變形，促使等軸初始α相發(fā)生β相變，最終獲得等軸α相轉(zhuǎn)變?yōu)閮上喟鍡l構(gòu)成的細(xì)化組織。同時(shí)，在水淬過程中β板條內(nèi)發(fā)生冷卻相變，形成更加精細(xì)的α針狀亞穩(wěn)相。通過以上過程，可最終獲得一種具有多尺度多組態(tài)結(jié)構(gòu)的雙相鈦合金細(xì)化組織。這種雙相鈦合金組織細(xì)化的制備方法具有工藝流程簡(jiǎn)單，易于控制，耗能低，效率高等特點(diǎn)。
【專利說明】
一種制備多尺度多組態(tài)雙相鈦合金組織的熱加工方法
技術(shù)領(lǐng)域:
[0001 ]本發(fā)明涉及一種金屬材料的加工方法，特別是雙相鈦合金的熱加工方法。
【背景技術(shù)】:
[0002] 鈦合金具有較高的比強(qiáng)度，良好的耐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性，大量應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域，生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和汽車工業(yè)領(lǐng)域等等。在不同種類的鈦合金中，雙相鈦合金應(yīng)用最廣泛， 使用量最大。大量的已有研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)化鈦合金組織能夠大大提高鈦合金的強(qiáng)度、疲勞性能及可加工性，可以有效的降低鈦合金使用成本。
[0003] 目前，已報(bào)到(已公開)的鈦合金組織細(xì)化方法主要分為兩大類:即大塑性變形法和β單相區(qū)熱處理預(yù)制亞穩(wěn)相細(xì)化法。例如，北京理工大學(xué)的李洪洋等提出了利用扭轉(zhuǎn)和剪切變形復(fù)合的大塑性變形(中國(guó)發(fā)明專利，公告號(hào)CN102234752B)，通過對(duì)鈦合金進(jìn)行多道次的大變形加工，促使α相發(fā)生細(xì)化，最終實(shí)現(xiàn)鈦合金組織的細(xì)化。中南大學(xué)的劉彬等提出了利用α 〃斜方馬氏體微結(jié)構(gòu)制備超細(xì)晶鈦合金的方法(中國(guó)專利，公告號(hào)CN104451490A)， 通過將雙相鈦合金在β相區(qū)長(zhǎng)時(shí)間保溫(l_4h)后進(jìn)行水淬的熱處理工藝，制備斜方馬氏體亞穩(wěn)相，然后對(duì)含亞穩(wěn)相的雙相鈦合金進(jìn)行熱變形及退火處理，并最終獲得鈦合金的細(xì)化組織。日本東北大學(xué)的Hiroaki Matsumoto等提出了利用α ’斜六方馬氏體亞穩(wěn)相細(xì)化雙相鈦合金的方法(美國(guó)專利，公告號(hào)US20150159252)，獲得了0.5μπι左右的鈦合金細(xì)化組織。以上方法中，大塑性變形法加工工藝繁瑣，效率較低，不適合制備大尺寸產(chǎn)品。預(yù)制亞穩(wěn)相細(xì)化法加工流程復(fù)雜，而且由于亞穩(wěn)相自身的不穩(wěn)定性，加工難度較大，不利于獲得穩(wěn)定的細(xì)化組織。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種工藝流程簡(jiǎn)單，易于控制，耗能低，效率高的制備多尺度多組態(tài)雙相鈦合金組織的熱加工方法，本方法主要是通過控制兩相比例，促使熱變形過程中的等軸初始α相發(fā)生β相變，并最終形成超細(xì)化的兩相板條組織。
[0005] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下方案來實(shí)現(xiàn)。
[0006] —種制備多尺度多組態(tài)雙相鈦合金組織的熱加工方法，包括以下步驟:
[0007] 1)在惰性氣體氬氣的環(huán)境下，將待加工雙相鈦合金以20_30°C/s加熱到900-960 °C，保溫20-40S，可有效控制雙向鈦合金中的α相和β相比例，使兩相比例達(dá)到α相占60-70 %，晶間β相占30-40 %，為熱變形進(jìn)行組織準(zhǔn)備。
[0008] 2)采用10-15s<的應(yīng)變速率和50-60%的變形量進(jìn)行高溫塑性變形處理，變形結(jié)束后進(jìn)行冷速為200-300°C/s的噴水冷卻至室溫，獲得所述的雙相鈦合金細(xì)化組織。
[0009] 本發(fā)明的工作原理:
[〇〇1〇]通過短時(shí)加熱保溫，可以有效控制雙相鈦合金中的α相和β相比例，使兩相能共同協(xié)調(diào)熱變形。在兩相區(qū)采用較高的變形速度，較大的變形量進(jìn)行熱變形，促使等軸初始α相發(fā)生β相變，最終獲得等軸α相轉(zhuǎn)變?yōu)閮上喟鍡l構(gòu)成的細(xì)化組織。同時(shí)，在水淬過程中β板條內(nèi)發(fā)生冷卻相變，形成更加精細(xì)的α針狀亞穩(wěn)相。通過以上過程，可最終獲得一種具有多尺度多組態(tài)結(jié)構(gòu)的雙相鈦合金細(xì)化組織。
[0011] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012] 1、在本發(fā)明中，對(duì)于雙相鈦合金的成分無特殊限制，適用范圍更廣泛。
[0013] 2、熱加工工藝簡(jiǎn)單，易于控制，無需對(duì)鈦合金進(jìn)行多次加熱，只需對(duì)雙相鈦合金進(jìn)行一次熱加工即可達(dá)到細(xì)化組織的目的，顯著降低能耗、效率高。
[0014] 3、細(xì)化后的組織尺寸較小，且具有多尺度和多組態(tài)結(jié)構(gòu)(兩相交替存在的層片結(jié)構(gòu)及更精細(xì)的α針狀結(jié)構(gòu))，后續(xù)的可加工性好。
【附圖說明】:
[0〇15]圖1為實(shí)施例1制備的多尺度多組態(tài)TC4合金的EBSD圖。
[〇〇16]圖2為實(shí)施例2制備的多尺度多組態(tài)TC4合金的EBSD圖。
【具體實(shí)施方式】:
[〇〇17] 實(shí)施例1:
[0018]在以氬氣為保護(hù)氣的環(huán)境下，將厚度為2mm的TC4雙相鈦合金板材以25°C/s加熱到 950 °C并保溫40s，使兩相比例α相占60 %，晶間β相占40 %，而后快速送入乳機(jī)進(jìn)行乳制，迅速進(jìn)行壓下量為1mm的壓縮變形，變形應(yīng)變速率為ΙΟ-^?Γ1，熱變形結(jié)束后噴水冷卻，將鈦合金板材從950 °C，以200-250 °C/s的冷速冷卻至室溫。圖1為變形后TC4鈦合金微觀組織圖。測(cè)量α板條寬度約為0.29μπι，發(fā)現(xiàn)鈦合金組織細(xì)化效果較好，同時(shí)具有多尺度多組態(tài)結(jié)構(gòu)。 [0〇19] 實(shí)施例2:
[0020] 在以氬氣為保護(hù)氣的環(huán)境下，將厚度為2mm的TC4雙相鈦合金板材以30°C/s加熱到 900°C并保溫30s，使兩相比例α相占70%，晶間β相占30%，而后快速送入乳機(jī)進(jìn)行乳制，迅速進(jìn)行壓下量為1mm的壓縮變形，變形應(yīng)變速率為13-15JT1，熱變形結(jié)束后噴水冷卻，將鈦合金板材從900 °C，以250-300 °C/s的冷速冷卻至室溫。圖2為變形后TC4鈦合金微觀組織圖。測(cè)量α板條寬度約為0.28μπι，發(fā)現(xiàn)鈦合金組織細(xì)化效果同樣存在。
[0021] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理，主要特征。應(yīng)該指出，本發(fā)明是基于鈦合金相變機(jī)制而提出的組織細(xì)化熱加工方法，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，可以使用不同于實(shí)施例的熱加工手段達(dá)到類似的組織細(xì)化效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備多尺度多組態(tài)雙相鈦合金組織的熱加工方法，其特征在于:包括以下步驟: 1) 在惰性氣體氬氣的環(huán)境下，將待加工雙相鈦合金以20-30°C/s加熱到900-960°C，保 溫20-40S，使兩相比例達(dá)到α相占60-70%，晶間β相占30-40%，為熱變形進(jìn)行組織準(zhǔn)備； 2) 采用10-15(1的應(yīng)變速率和50-60%的變形量進(jìn)行高溫塑性變形處理，變形結(jié)束后進(jìn) 行冷速為200-300 °C /s的噴水冷卻至室溫。
【文檔編號(hào)】C22F1/18GK105951019SQ201610513889
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年7月4日
【發(fā)明人】付瑞東, 荊磊
【申請(qǐng)人】燕山大學(xué)