一种新型高性能双相钛合金热处理方法

本发明属于钛合金热处理领域，具体涉及一种新型高性能双相钛合金热处理方法。

背景技术：

1、近年来，钛及钛合金具有比强度高、耐蚀、耐热性强、生物相容性好等优点，在航空航天、兵器装备、化工、医疗等领域中的应用越来越广泛。随着钛合金应用领域的不断拓展，对高性能钛合金的需求和要求不断提高。尤其在航空航天等领域，钛合金作为火箭、导弹和高速飞机的结构件，严苛的工作环境要求材料具有高强度、高韧性、耐冲击等性能。在不同种类的钛合金中，双相钛合金应用最广泛，使用量最大，兼具α型钛合金和β型钛合金的特点，综合力学性能良好。然而，α+β型双相钛合金具有强度和塑性匹配不足的问题，导致室温塑性较差，加工过程中容易开裂，应用环境也受限。对于传统高强度钛合金，其延伸率通常不足10％，提升高强双相钛合金塑性、改善强塑性匹配，是制备高性能双相钛合金仍面临的挑战。

2、对于双相钛合金，可以通过合金化的方法，添加mo、cr、v、mn、fe、al等元素，调整元素含量配比，利用合金元素的固溶强化及其对钛合金相变的影响，提高钛合金的综合性能。而为了实现性能的再次提高，还需要研究小尺度的微观组织：次生相和α/β界面，其通过霍尔佩奇效应对双相钛合金性能的提升产生重要影响。因此，本发明开发一种新型双相钛合金的热处理方法，控制β中次生α的形貌和体积分数以及初生α中合金元素含量，改善高强钛合金的塑性，制备出高性能双相钛合金，推动双相钛合金在多个领域的应用。

技术实现思路

1、本发明目的是针对现有高强双相钛合金塑性不足的问题，提供一种新型双相钛合金ti-al-mo-cr-fe的热处理方法；该方法通过协调新型钛合金固溶处理后的时效温度和时效时间，进而控制β中次生α的形貌和体积分数以及初生α中合金元素含量。改善钛合金微观组织，在保持钛合金塑性损失不严重的情况下，显著提高其抗拉强度和屈服强度。

2、本发明采用的技术方案具体包括下列步骤：

3、1)熔炼，通过真空自耗电弧炉熔炼获得钛合金铸锭、去除冒口和粗加工获得圆柱型铸锭。

4、2)轧制，对步骤1)所得铸锭进行轧制，在相变点以下40℃～60℃保温t1时间后进行轧制。

5、3)固溶处理，对轧制后的样品在相变点以下40℃～60℃温度保温t2时间，以一定速率冷却至室温。

6、4)时效处理，对固溶之后的样品在t1温度保温t3时间后空冷至室温。

7、优选地，本发明的新型钛合金按照质量百分比组分如下al:5％-8％、mo:4％-8％、cr:1％-3％、fe:0.5％-2％，余量为商业纯ti和不可避免的杂质。

8、优选地，在本发明中，步骤2)中保温时间t1＝0.5h-1h，轧制的单道次下压量为1mm，总变形量为80％，轧后空冷。

9、优选地，在本发明中，为了获得抗拉强度大于1350mpa，且塑性不低于10％的双相钛合金：步骤3)固溶处理的保温时间t2＝1h～2h，空冷至室温，步骤4)中时效温度t1＝450℃～550℃,保温时间t3＝2h～3h。

10、优选地，在本发明中，为了获得屈服强度大于1300mpa，且塑性不低于10％的双相钛合金：步骤3)固溶处理的保温时间t2＝1h～2h，空冷至室温，步骤4)中时效温度t1＝550℃～650℃,保温时间t3＝4h～5h。

11、优选地，在本发明中，为了获得抗拉强度大于1400mpa，且塑性不低于10％的双相钛合金：步骤3)固溶处理的保温时间t2＝1h～2h，空冷至室温，步骤4)中时效温度t1＝450℃～550℃,保温时间t3＝4h～5h。

12、优选地，在本发明中，为了获得抗拉强度大于1500mpa，且塑性不低于8％的双相钛合金：步骤3)固溶处理的保温时间t2＝1h～2h，水冷至室温，步骤4)中时效温度t1＝450℃～550℃,保温时间t3＝4h～5h。

13、优选地，在本发明中，为了获得屈服强度大于1300mpa，且塑性不低于15％的双相钛合金：步骤3)固溶处理的保温时间t2＝1h～2h，水冷至室温，步骤4)中时效温度t1＝550℃～650℃,保温时间t3＝4h～5h。

14、有益效果：

15、(1)在本发明中，针对新型双相钛合金的热处理工艺简单，成本低生产效率高，可作为提高双相钛合金强塑性的有效手段。

16、(2)通过对时效温度、时间和固溶后冷却方式的选取，能够有效调控合金的微观组织，包括次生α的形貌、体积分数以及α/β界面的数量，在保持钛合金塑性损失不严重的情况下，显著提高其抗拉强度和屈服强度。

17、(3)通过本发明的热处理工艺，获得屈服强度1312mpa，抗拉强度1345mpa，断后延伸率为15.07％的高强高塑钛合金；获得屈服强度1390mpa，抗拉强度1517mpa，断后延伸率为8.57％的超高强钛合金；以及获得屈服强度1321mpa，抗拉强度1444mpa，断后延伸率为10.9％的相对强塑性匹配的高强双相钛合金。相比于传统双相钛合金力学性能具有明显优势。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种新型高性能双相钛合金热处理方法，其特征在于：第一步，在真空自耗电弧炉中熔炼新型双相钛合金ti-al-mo-cr-fe，第二步，对熔炼后的铸锭在相变点以下40℃～60℃保温t1时间后进行轧制。第三步，对轧制后的样品在相变点以下40℃～60℃温度保温t2时间固溶处理，以一定速率冷却至室温。第四步，对固溶之后的样品时效热处理，在t1温度保温t3时间后空冷至室温。

2.根据权利要求1所述的一种新型高性能双相钛合金热处理方法，其特征在于：本发明的新型双相钛合金按照质量百分比组分如下al:5％-8％、mo:4％-8％、cr:1％-3％、fe:0.5％-2％，余量为商业纯ti和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种新型高性能双相钛合金热处理方法，其特征在于：第二步保温时间t1＝0.5h-1h，轧制的单道次下压量为1mm，总变形量为80％，轧后空冷。

4.根据权利要求1所述的一种新型高性能双相钛合金热处理方法，其特征在于：第三步中固溶温度为相变点以下40℃～60℃，保温时间t2＝1h～2h，以一定速率冷却至室温。第四步中的时效温度t1为450℃～650℃，保温时间t3＝2h～5h。

5.根据权利要求4所述的一种新型高性能双相钛合金热处理方法，其特征在于：第三步中固溶温度为相变点以下40℃～60℃，保温时间t2＝1h～2h，空冷至室温。第四步中的时效温度t1为450℃～550℃，保温时间t3＝2h～3h。

6.根据权利要求4所述的一种新型高性能双相钛合金热处理方法，其特征在于：第三步中固溶温度为相变点以下40℃～60℃，保温时间t2＝1h～2h，空冷至室温。第四步中的时效温度t1为550℃～650℃，保温时间t3＝4h～5h。

7.根据权利要求4所述的一种新型高性能双相钛合金热处理方法，其特征在于：第三步中固溶温度为相变点以下40℃～60℃，保温时间t2＝1h～2h，空冷至室温。第四步中的时效温度t1为450℃～550℃，保温时间t3＝4h～5h。

8.根据权利要求4所述的一种新型高性能双相钛合金热处理方法，其特征在于：第三步中固溶温度为相变点以下40℃～60℃，保温时间t2＝1h～2h，水冷至室温。第四步中的时效温度t1为450℃～550℃，保温时间t3＝4h～5h。

9.根据权利要求4所述的一种新型高性能双相钛合金热处理方法，其特征在于：第三步中固溶温度为相变点以下40℃～60℃，保温时间t2＝1h～2h，水冷至室温。第四步中的时效温度t1为550℃～650℃，保温时间t3＝4h～5h。

技术总结本发明涉及一种新型高性能双相钛合金热处理方法，属于钛合金热处理领域。本发明新型钛合金按照质量百分比组分如下：Al:5％‑8％、Mo:4％‑8％、Cr:1％‑3％、Fe:0.5％‑2％，余量为商业纯Ti和不可避免的杂质。首先对熔炼后的铸锭在相变点以下40℃～60℃轧制，然后在两相区固溶处理，以一定速率冷却至室温后，在450℃～650℃温度时效一定时间空冷。本发明通过成分设计和协调新型钛合金固溶处理后的时效温度和时效时间，进而控制β中次生α的形貌和体积分数以及α/β界面的数量。工艺简单，生产效率高，改善了高强钛合金的塑性，制备出高性能双相钛合金，推动双相钛合金在多个领域的应用。技术研发人员：徐舜,高宇航,杨素媛,杨林,范群波,张飞,李梅琴,程兴旺受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14