一種提高亞穩(wěn)態(tài)β鈦合金超塑性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鈦合金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高亞穩(wěn)態(tài)β鈦合金超塑性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬的超塑性是指材料在晶粒形狀、晶粒尺寸和相組成結(jié)構(gòu)一定的內(nèi)部條件以及 溫度和應(yīng)變速率一定的外部條件下，呈現(xiàn)出異常低的流變抗力及異常高的流變性能，例如 延伸率高達(dá)百分之幾百。
[0003] 超塑性成型工藝的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，鈦合金超塑性主要在利用鈦合金本身所具有 的塑性特性的基礎(chǔ)上進(jìn)行成型研究，鈦合金的超塑性成型的應(yīng)用主要有:超塑性等溫鍛造、 氣壓成形、超塑性擠壓、真空成形等。
[0004] 亞穩(wěn)β鈦合金通過(guò)彌散強(qiáng)化提高強(qiáng)度、還具有優(yōu)異的冷熱成型性、深淬透性以及良 好的抗腐蝕性、抗蠕變性能和抗氧化性等特性，廣泛用于制作有溫度要求的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件或 發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件、蜂窩、緊固件和液壓管材等。但是亞穩(wěn)β鈦合金的超塑性較低，限制了亞穩(wěn)β 鈦合金在超塑性成型工藝方面更為廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種提高亞穩(wěn)β鈦合金超塑性的方法，本發(fā)明提 供的處理方法，能夠顯著提高亞穩(wěn)齡太合金的超塑性。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
[0007] -種提高亞穩(wěn)β鈦合金超塑性的方法，對(duì)所述亞穩(wěn)β鈦合金進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理;所述 預(yù)時(shí)效處理的溫度為440°C~545°C，所述預(yù)時(shí)效處理的時(shí)間為20min~70min。
[0008] 優(yōu)選的，所述預(yù)時(shí)效處理的溫度為520°C，所述預(yù)時(shí)效處理的時(shí)間為40min。
[0009] 優(yōu)選的，所述預(yù)時(shí)效處理的溫度和所述預(yù)時(shí)效處理的時(shí)間按照以下步驟確定：
[0010] 獲取亞穩(wěn)β鈦合金的預(yù)時(shí)效溫度范圍和預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間范圍；
[0011] 在所述預(yù)時(shí)效溫度范圍和預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)所述亞穩(wěn)β鈦合金進(jìn)行預(yù)時(shí)效 處理；
[0012] 對(duì)所述預(yù)時(shí)效處理后亞穩(wěn)β鈦合金進(jìn)行拉伸性能試驗(yàn)測(cè)試；
[0013] 根據(jù)所述拉伸性能測(cè)試的結(jié)果，得到對(duì)亞穩(wěn)β鈦合金進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理的溫度和時(shí) 間。
[0014] 優(yōu)選的，所述亞穩(wěn)β鈦合金的預(yù)時(shí)效溫度范圍是400°C~600°C。
[0015]優(yōu)選的，所述預(yù)時(shí)效溫度范圍內(nèi)按梯度選取5個(gè)預(yù)時(shí)效溫度值，具體為第一預(yù)時(shí)效 溫度值、第二預(yù)時(shí)效溫度值、第三預(yù)時(shí)效溫度值、第四預(yù)時(shí)效溫度值和第五預(yù)時(shí)效溫度值； 所述5個(gè)預(yù)時(shí)效溫度值中相鄰的兩個(gè)預(yù)時(shí)效溫度的差值優(yōu)選獨(dú)立地為20~50°C。
[0016] 優(yōu)選的，所述亞穩(wěn)β鈦合金的預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間范圍是20min~70min。
[0017] 優(yōu)選的，所述預(yù)時(shí)效溫度范圍內(nèi)按梯度選取5個(gè)預(yù)時(shí)效溫度值，具體為第一預(yù)時(shí)效 溫度值、第二預(yù)時(shí)效溫度值、第三預(yù)時(shí)效溫度值、第四預(yù)時(shí)效溫度值和第五預(yù)時(shí)效溫度值； 所述5個(gè)預(yù)時(shí)效溫度值中相鄰的兩個(gè)預(yù)時(shí)效溫度的差值優(yōu)選獨(dú)立地為20~50°C。
[0018] 優(yōu)選的，所述亞穩(wěn)β鈦合金的化學(xué)組成式為:Ti-15M〇-3Al-2.7Nb-0.2Si。
[0019] 本發(fā)明提供了一種提高亞穩(wěn)β鈦合金超塑性的方法，對(duì)所述亞穩(wěn)β鈦合金進(jìn)行預(yù)時(shí) 效處理，所述預(yù)時(shí)效處理的溫度為440°C~545°C，所述預(yù)時(shí)效處理的時(shí)間為20min~70min。 本發(fā)明提供的方法，通過(guò)對(duì)亞穩(wěn)β鈦合金進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理，亞穩(wěn)齡太合金析出一定量的α相， 析出α相首先在β晶界處析出，α相的硬度較β相硬度高，在超塑性變形時(shí)，硬度高的α相對(duì)基 體β相產(chǎn)生應(yīng)變集中，一定程度上細(xì)化了β相晶粒，晶粒越細(xì)小、超塑性越好，進(jìn)而增加亞穩(wěn)β 鈦合金的超塑性。本發(fā)明實(shí)施例對(duì)亞穩(wěn)β鈦合金進(jìn)行處理后獲得的延伸率高達(dá)361.8%，相 比未進(jìn)行處理的亞穩(wěn)β鈦合金的延伸率為194.0%，延伸率提高167.8%。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0021] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中拉伸性能測(cè)試試樣結(jié)構(gòu)圖；
[0022 ]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中未經(jīng)過(guò)拉伸性能測(cè)試試樣；
[0023]圖3為本發(fā)明對(duì)比例中未經(jīng)過(guò)預(yù)時(shí)效處理的拉伸性能測(cè)試后的試樣；
[0024]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中520°C保溫20min的預(yù)時(shí)效處理拉伸性能測(cè)試后的試樣； [0025]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中520°C保溫40min的預(yù)時(shí)效處理拉伸性能測(cè)試后的試樣； [0026]圖6為本發(fā)明實(shí)施例2中520°C保溫70min的預(yù)時(shí)效處理拉伸性能測(cè)試后的試樣； [0027]圖7為本發(fā)明實(shí)施例3中440°C保溫40min的預(yù)時(shí)效處理拉伸性能測(cè)試后的試樣； [0028]圖8為本發(fā)明實(shí)施例3中480°C保溫40min的預(yù)時(shí)效處理拉伸性能測(cè)試后的試樣； [0029]圖9為本發(fā)明實(shí)施例3中545°C保溫40min的預(yù)時(shí)效處理拉伸性能測(cè)試后的試樣； [0030]圖10為本發(fā)明實(shí)施例中亞穩(wěn)β鈦合金延伸率隨不同預(yù)時(shí)效溫度范圍的變化規(guī)律； [0031 ]圖11為本發(fā)明實(shí)施例中亞穩(wěn)β鈦合金延伸率隨不同預(yù)時(shí)效時(shí)間范圍的變化規(guī)律。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明提供了一種提高亞穩(wěn)β鈦合金超塑性的方法，對(duì)所述亞穩(wěn)β鈦合金進(jìn)行預(yù)時(shí) 效處理，所述預(yù)時(shí)效處理的溫度為440°C~545°C，所述預(yù)時(shí)效處理的時(shí)間為20min~70min。 [0033]本發(fā)明提供的方法，在變形前440°C~545°C溫度范圍內(nèi)，通過(guò)對(duì)亞穩(wěn)β鈦合金進(jìn)行 20min~70min預(yù)時(shí)效處理，亞穩(wěn)β鈦合金析出一定量的α相，α相的硬度較β相硬度高，進(jìn)行20 ~70min時(shí)間的預(yù)時(shí)效處理，析出α相首先在β晶界處析出，并且避免α相的長(zhǎng)大，確保β相的 穩(wěn)定存在。在超塑性變形時(shí)，變形主要集中在β相基體中，高硬度的α相阻礙變形并產(chǎn)生應(yīng)力 集中，提高位錯(cuò)密度，促使動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生，細(xì)化β相晶粒。另外，細(xì)小的α相也對(duì)β相晶粒的 長(zhǎng)大起了抑制作用，晶粒越細(xì)小、超塑性越好，因此，通過(guò)短時(shí)間預(yù)時(shí)效處理后亞穩(wěn)齡太合金 能夠獲得更優(yōu)的超塑性。
[0034]本發(fā)明為了得到對(duì)亞穩(wěn)β鈦合金進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理的溫度和時(shí)間，本發(fā)明優(yōu)選先獲 取亞穩(wěn)鈦合金的預(yù)時(shí)效溫度范圍和預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間范圍。本發(fā)明中，所述亞穩(wěn)β鈦合金的 化學(xué)組成式優(yōu)選為:Ti-15M〇-3Al-2.7Nb-0.2Si，經(jīng)真空熔煉后乳制成棒材，作為超塑性拉 伸試樣的原材料。對(duì)所述亞穩(wěn)齡太合金的來(lái)源沒(méi)有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的亞 穩(wěn)齡太合金鍛件即可。經(jīng)500-560°C溫度保溫8-10h固溶時(shí)效處理后的鈦合金可以獲得較高 強(qiáng)度，本發(fā)明將520°C作為拉伸試驗(yàn)前的最初探索的預(yù)時(shí)效溫度，經(jīng)較短預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間以 均勻彌散析出一定量的細(xì)小α相為目標(biāo)，以20min為最初探索的預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間。在本發(fā)明 中，所述預(yù)時(shí)效溫度范圍優(yōu)選為400°C~600°C，預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間范圍優(yōu)選為20min~70min。
[0035] 獲得亞穩(wěn)β鈦合金的預(yù)時(shí)效溫度范圍和預(yù)時(shí)效時(shí)間范圍后，本發(fā)明在所述預(yù)時(shí)效 溫度范圍和預(yù)時(shí)效時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)所述亞穩(wěn)β鈦合金進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理。為了更好的篩選出效 果較優(yōu)的溫度和時(shí)間，本發(fā)明優(yōu)選在預(yù)時(shí)效溫度范圍內(nèi)取不同的預(yù)時(shí)效溫度值、在預(yù)時(shí)效 保溫時(shí)間范圍內(nèi)取不同的預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間值。本發(fā)明優(yōu)選在所述預(yù)時(shí)效溫度范圍內(nèi)按梯度 選取5個(gè)預(yù)時(shí)效溫度值，具體為第一預(yù)時(shí)效溫度值、第二預(yù)時(shí)效溫度值、第三預(yù)時(shí)效溫度值、 第四預(yù)時(shí)效溫度值和第五預(yù)時(shí)效溫度值;所述5個(gè)預(yù)時(shí)效溫度值中相鄰的兩個(gè)預(yù)時(shí)效溫度 的差值優(yōu)選獨(dú)立地為20~50°C，更優(yōu)選為25~45°C，最優(yōu)選為30~40°C。在本發(fā)明的實(shí)施例 中，所述預(yù)時(shí)效溫度值可具體為400 °C、440 °C、480 °C、520 °C和545 °C。
[0036] 本發(fā)明優(yōu)選在所述預(yù)時(shí)效時(shí)間范圍內(nèi)按梯度設(shè)置4個(gè)梯預(yù)時(shí)效時(shí)間值，具體為第 一預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間值、第二預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間值、第三預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間值和第四預(yù)時(shí)效保溫 時(shí)間值;所述4個(gè)預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間值中相鄰的兩個(gè)預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間值得差值優(yōu)選獨(dú)立地為 10~20min，更優(yōu)選為15~18min;在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間值可具體為 20min、40min、50min和70min〇
[0037] 設(shè)置梯度溫度值和梯度時(shí)間值后，本發(fā)明分別在不同的預(yù)時(shí)效溫度值和不同的預(yù) 時(shí)效保溫時(shí)間值對(duì)亞穩(wěn)齡太合金進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理。本發(fā)明實(shí)施例中，采用確定某一預(yù)時(shí)效溫 度值，在不同保溫時(shí)間值條件下，對(duì)所述亞穩(wěn)β鈦合金進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理，得到延伸率較高所 對(duì)應(yīng)的保溫時(shí)間值后，采用所對(duì)應(yīng)的保溫時(shí)間值，在不同預(yù)時(shí)效溫度值條件下，對(duì)所述亞穩(wěn) β鈦合金進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理。
[0038] 對(duì)所述亞穩(wěn)β鈦合金完成不同預(yù)時(shí)效溫度值和預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間值條件下的預(yù)時(shí)效 處理后，本發(fā)明優(yōu)選對(duì)亞穩(wěn)β鈦合金進(jìn)行冷卻處理，本發(fā)明對(duì)冷卻方式?jīng)]有特殊要求，采用 本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的冷卻方式即可，本發(fā)明實(shí)施例中采用空氣冷卻的方式對(duì)亞穩(wěn)β鈦 合金進(jìn)行冷卻處理。
[0039] 對(duì)所述亞穩(wěn)β鈦合金進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理后，本發(fā)明將所述預(yù)時(shí)效處理后的亞穩(wěn)β鈦合 金進(jìn)行拉伸性能試驗(yàn)測(cè)試，本發(fā)明拉伸性能測(cè)試按照國(guó)標(biāo)GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸 試驗(yàn)第1部分:室溫試驗(yàn)方