一种铸造钛合金及其联合固态处理方法与流程

本发明涉及物理场辅助金属材料热处理的，尤其涉及一种铸造钛合金及其联合固态处理方法。

背景技术：

1、随着社会的不断进步和技术的不断更新，铸造钛合金逐渐成为应用较为广泛的合金类型之一，尤其是ztc4(ti-6al-4v)钛合金。ztc4钛合金是一种α+β型双相钛合金，含有6％的α稳定元素al和4％的β稳定元素v，中等强度，综合性能好，是最广泛应用于飞机上的钛合金。此外，ztc4钛合金可以加工成板材、棒材和锻件等，也可通过精密铸造等方式加工制备尺寸复杂的铸件，可用于飞机发动机风扇、压气机、叶片，以及飞机结构中梁、接头、隔框以及连接紧固件，代替钢时可减轻30％左右的重量。

2、但是，目前铸造态钛合金存在两个问题，第一是铸造过程中产生的晶粒粗大，影响强韧性能；第二是ztc4作为一种中等强度的铸造钛合金，其力学性能较差，无法满足航空领域的进一步需求，有待进一步提升。

3、因此，亟需一种组织晶粒较小，且力学性能较高的铸造态钛合金，能够满足航空领域更高的需求。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在提供了一种铸造钛合金及其联合固态处理方法，用以解决现有铸造钛合金晶粒粗大，力学性能较差的问题。

2、一方面，本发明提供了一种铸造钛合金的联合固态处理方法，先对铸造钛合金进行耦合处理，然后再进行低温长时时效处理；

3、其中所述耦合处理包括电场、低温深冷和超声场。

4、进一步地，所述铸造钛合金的联合固态处理方法，包括以下步骤：

5、s1：熔炼浇注制备母样合金，然后对母样合金进行热等静压处理，获得铸造钛合金；

6、s2：将铸造钛合金与电路连通，然后置于深冷箱中，施加超声场进行耦合处理；

7、s3：将耦合处理后的铸造钛合金进行低温长时时效处理。

8、进一步地，所述电场为直流电场或脉冲电场。

9、进一步地，所述电场的电压为3～10v，施加电场的时间为5～10min。

10、进一步地，所述低温深冷处理的温度为-20℃～-196℃，处理的时间为2～36h。

11、进一步地，所述超声场的冲击振幅为20μm，输出频率为17.6khz，冲击针数量为4，冲击针直径为5mm；超声的电流为3.0～10.0a，间隔2小时进行一次冲击处理，一次冲击处理时间为2～9min。

12、进一步地，所述时效处理的真空度为0.2～10pa，时效处理的温度为490～540℃，时效处理的时间为5～16h。

13、更进一步地，所述铸造钛合金的牌号为ztc4。

14、更进一步地，经联合固态处理后，铸造钛合金的抗拉强度提升2％～25％，延伸率提升5％～30％，表面显微硬度提升4～20％。

15、另一方面，本发明提供了一种铸造钛合金，通过本发明所述联合固态处理方法制备获得。

16、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

17、1、本发明对铸造钛合金先通过电场、低温深冷和超声场的耦合处理，最后再进行低温长时时效处理，能够有效的提高铸造钛合金的力学性能，尤其是抗拉强度、韧性和表面显微硬度等性能。

18、2、本发明基于物理场改性金属材料的多场多效应机制，将多物理场联合作用于铸造钛合金ztc4时可在不改变钛合金精密铸件尺寸的前提下实现强韧性的大幅度提升。

19、3、铸造钛合金ztc4经过联合固态处理后，其抗拉强度提升2％～25％，延伸率提升5％～30％，表面显微硬度提升4～20％。

20、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种铸造钛合金的联合固态处理方法，其特征在于，先对铸造钛合金进行耦合处理，然后再进行低温长时时效处理；

2.根据权利要求1所述铸造钛合金的联合固态处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求1或2所述铸造钛合金的联合固态处理方法，其特征在于，所述电场为直流电场或脉冲电场。

4.根据权利要求1或2所述铸造钛合金的联合固态处理方法，其特征在于，所述电场的电压为3～10v，施加电场的时间为5～10min。

5.根据权利要求1或2所述铸造钛合金的联合固态处理方法，其特征在于，所述低温深冷处理的温度为-20℃～-196℃，处理的时间为2～36h。

6.根据权利要求1或2所述铸造钛合金的联合固态处理方法，其特征在于，所述超声场的冲击振幅为20μm，输出频率为17.6khz，冲击针数量为4，冲击针直径为5mm；超声的电流为3.0～10.0a，间隔2小时进行一次冲击处理，一次冲击处理时间为2～9min。

7.根据权利要求2所述铸造钛合金的联合固态处理方法，其特征在于，所述时效处理的真空度为0.2～10pa，时效处理的温度为490～540℃，时效处理的时间为5～16h。

8.根据权利要求1或2所述铸造钛合金的联合固态处理方法，其特征在于，所述铸造钛合金的牌号为ztc4。

9.根据权利要求1或2所述铸造钛合金的联合固态处理方法，其特征在于，经联合固态处理后，铸造钛合金的抗拉强度提升2％～25％，延伸率提升5％～30％，表面显微硬度提升4～20％。

10.一种铸造钛合金，其特征在于，通过权利要求1-9任一项所述联合固态处理方法制备获得。

技术总结本发明涉及一种铸造钛合金及其联合固态处理方法，属于物理场辅助金属材料热处理的技术领域。所述铸造钛合金的联合固态处理方法是先对铸造钛合金进行耦合处理，然后再进行低温长时时效处理，提升铸造钛合金的强韧性和表面硬度；其中所述耦合处理包括电场、低温深冷和超声场。铸造钛合金经过电场、低温深冷、超声场和低温长时时效处理的联合固态处理后，铸造钛合金的力学性能得以改善，其抗拉强度提升2％～25％，延伸率提升5％～30％，表面显微硬度提升4～20％。技术研发人员：纪志军,张健辉,孙智,贾志伟,肖强伟受保护的技术使用者：中国航发北京航空材料研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/5