CN104213060A - 一种tc4-dt钛合金棒材的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种TC4-DT钛合金棒材的热处理方法，该方法为：将TC4-DT钛合金棒材先在温度为(Tβ+5)℃～(Tβ+50)℃的条件下保温1h～2h后空冷，然后在温度为(Tβ-80)℃～(Tβ-10)℃的条件下保温1h～2h后空冷或炉冷，最后在温度为500℃～600℃的条件下保温4h～8h后空冷，其中Tβ为TC4-DT钛合金棒材的β相转变温度，Tβ的单位为℃。本发明通过进行三阶段热处理工艺，使得TC4-DT钛合金棒材在提高合金断裂韧性的同时改善合金的塑性，并能进一步强化性能，最终实现合金强度、塑性、断裂韧性的良好匹配。
Description
技术领域
本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种TC4-DT钛合金棒材的热处理方法。
背景技术
材料的损伤容限性能主要通过断裂韧性和裂纹扩展速率来表征。随着断裂力学和损伤容限理论的发展，损伤容限设计思想在材料选材中得到重视，高断裂韧性和低裂纹扩展速率的合金受到广泛关注。钛合金由于具有一系列的优点被航空航天应用作为首选材料。众多的研究表明，钛合金片层结构具有好的损伤容限性能，因此，β锻造或β热处理工艺通常被作为高损伤容限性能的加工方法，但片层组织由于具有粗大的晶粒使合金的塑性下降。实验表明，β晶粒内部片层厚度和晶团尺寸会影响合金的损伤容限性能，片层厚度增大会导致裂纹在扩展过程中偏转方向，晶团尺寸及位向改变也会导致裂纹的偏转，裂纹在扩展过程中的偏转会消耗更多能量，因此导致了高的断裂韧性和低的裂纹扩展速率。一般工程采用β锻造或β热处理来改善合金的损伤容限性能，但为了确保合金具有较高的综合性能，即不降低合金的塑性，本发明设计了一种新的热处理工艺，适合于两相钛合金。
为了获得高的损伤容限性能，传统的TC4-DT钛合金棒材的热处理方法主要是将试样在β相区进行固溶处理，通过获得的片层组织来提高合金的断裂韧性，但粗大的片层组织会导致拉伸塑性的明显降低，造成材料塑性的损失。
因此如何通过优化TC4-DT钛合金棒材的热处理工艺来获得所要求的显微组织，进一步实现合金强度、塑性、断裂韧性等综合性能的良好匹配，已成为TC4-DT钛合金加工关键技术的重要组成部分。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种TC4-DT钛合金棒材的热处理方法。该方法通过进行三阶段热处理工艺，可使TC4-DT钛合金棒材在提高合金断裂韧性的同时，改善合金的塑性，并能进一步强化性能，最终实现合金强度、塑性、断裂韧性的良好匹配。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种TC4-DT钛合金棒材的热处理方法，其特征在于，该方法为：将TC4-DT钛合金棒材先在温度为(Tβ+5)℃～(Tβ+50)℃的条件下保温1h～2h后空冷，然后在温度为(Tβ-80)℃～(Tβ-10)℃的条件下保温1h～2h后空冷或炉冷，最后在温度为500℃～600℃的条件下保温4h～8h后空冷，其中Tβ为TC4-DT钛合金棒材的β相转变温度，Tβ的单位为℃。
上述的一种TC4-DT钛合金棒材的热处理方法，其特征在于，该方法为：将TC4-DT钛合金棒材先在温度为(Tβ+20)℃～(Tβ+40)℃的条件下保温1h～2h后空冷，然后在温度为(Tβ-40)℃～(Tβ-20)℃的条件下保温1h～2h后空冷或炉冷，最后在温度为500℃～600℃的条件下保温5h～7h后空冷。
上述的一种TC4-DT钛合金棒材的热处理方法，其特征在于，该方法为：将TC4-DT钛合金棒材先在温度为(Tβ+30)℃的条件下保温1.5h后空冷，然后在温度为(Tβ-30)℃的条件下保温1.5h后空冷或炉冷，最后在温度为550℃的条件下保温6h后空冷。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用三阶段热处理工艺，其中，第一阶段的热处理在β相变点温度以上5～50℃，保温1h～2h后空冷处理，以保证获得片层组织；第二阶段的热处理工艺在β相变点下10～80℃保温1h～2h后空冷或炉冷处理，能够使β晶粒内的片层α粗化，裂纹经过粗化的片层α时会改变扩展路径，从而有效提高合金的韧性，同时还可以改善合金的塑性；最后，在500～600℃保温4～8h进行空冷时效处理，以稳定组织并起辅助强化作用。
2、本发明采用三阶段热处理工艺，其中β相变点以上的第一阶段处理可获得高断裂韧性要求的片层组织，此外，β相变点以下的第一阶段处理，可使β晶内的片层α及片层集束厚度增加，裂纹在扩展过程中遇到较厚的片层或集束改变扩展路径，同时消耗更多的能量，因此断裂韧性增加，同时二次α的产生会导致合金塑性的提高，最终的时效处理可进一步稳定组织并强化性能。通过本发明的三阶段热处理工艺，可使TC4-DT钛合金棒材在提高合金断裂韧性的同时，改善合金的塑性，并能进一步强化性能，最终实现合金强度、塑性、断裂韧性的良好匹配。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为经本发明实施例1热处理后的TC4-DT钛合金棒材的金相组织图。
图2为经本发明对比例1热处理后的TC4-DT钛合金棒材的金相组织图。
图3为经本发明对比例2热处理后的TC4-DT钛合金棒材的金相组织图。
具体实施方式
实施例1
本实施例TC4-DT钛合金棒材的热处理方法为：
将TC4-DT钛合金棒材在温度为(Tβ+30)℃的条件下保温1.5h后空冷，然后在温度为(Tβ-30)℃的条件下保温1.5h后炉冷，最后在温度为550℃的条件下保温6h后空冷；所述Tβ为TC4-DT钛合金棒材的β相转变温度，Tβ的单位为℃。
经本实施例热处理后的TC4-DT钛合金棒材的金相组织见图1。经本实施例热处理后的TC4-DT钛合金棒材的性能测试数据见表1。
实施例2
本实施例TC4-DT钛合金棒材的热处理方法为：
将TC4-DT钛合金棒材在温度为(Tβ+20)℃的条件下保温2h后空冷，然后在温度为(Tβ-20)℃的条件下保温2h后空冷，最后在温度为500℃的条件下保温5h后空冷；所述Tβ为TC4-DT钛合金棒材的β相转变温度，Tβ的单位为℃。
经本实施例热处理后的TC4-DT钛合金棒材的性能测试数据见表1。
实施例3
本实施例TC4-DT钛合金棒材的热处理方法为：
将TC4-DT钛合金棒材在温度为(Tβ+40)℃的条件下保温1h后空冷，然后在温度为(Tβ-40)℃的条件下保温1h后炉冷，最后在温度为600℃的条件下保温7h后空冷；所述Tβ为TC4-DT钛合金棒材的β相转变温度，Tβ的单位为℃。
经本实施例热处理后的TC4-DT钛合金棒材的性能测试数据见表1。
实施例4
本实施例TC4-DT钛合金棒材的热处理方法为：
将TC4-DT钛合金棒材在温度为(Tβ+5)℃的条件下保温2h后空冷，然后在温度为(Tβ-80)℃的条件下保温2h后空冷，最后在温度为500℃的条件下保温8h后空冷；所述Tβ为TC4-DT钛合金棒材的β相转变温度，Tβ的单位为℃。
经本实施例热处理后的TC4-DT钛合金棒材的性能测试数据见表1。
实施例5
本实施例TC4-DT钛合金棒材的热处理方法为：
将TC4-DT钛合金棒材在温度为(Tβ+50)℃的条件下保温1h后空冷，然后在温度为(Tβ-10)℃的条件下保温1h后炉冷，最后在温度为600℃的条件下保温4h后空冷；所述Tβ为TC4-DT钛合金棒材的β相转变温度，Tβ的单位为℃。
经本实施例热处理后的TC4-DT钛合金棒材的性能测试数据见表1。
对比例1
本对比例采用普通的两相区热处理工艺。本对比例TC4-DT钛合金棒材的热处理方法为：将TC4-DT钛合金棒材在温度为(Tβ-30)℃的条件下保温1.5h后炉冷。经本对比例处理后的TC4-DT钛合金棒材的金相组织见图2，性能测试数据见表1。
对比例2
本对比例采用普通的β相区热处理工艺。本对比例TC4-DT钛合金棒材的热处理方法为：将TC4-DT钛合金棒材在温度为(Tβ+50)℃的条件下保温1.5h后空冷。经本对比例处理后的TC4-DT钛合金棒材的金相组织见图3，性能测试数据见表1。
表1经本发明热处理后的TC4-DT钛合金棒材的性能测试数据
由图1、图2、图3以及表1可知，与对比例1经常规两相区处理后的棒材性能相比较，采用本发明处理后的TC4-DT钛合金棒材的性能在强度和塑性变化不大的情况下，断裂韧性得到明显提高。与对比例2经常规β相区处理后的棒材性能相比较，采用本发明处理后的TC4-DT钛合金棒材虽然强度略所降低，但塑性和断裂韧性都得到明显的改善。因此，采用本发明的热处理工艺对TC4-DT钛合金棒材进行热处理，可获得材料强度、塑性、断裂韧性的良好匹配。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (3)
1.一种TC4-DT钛合金棒材的热处理方法，其特征在于，该方法为：将TC4-DT钛合金棒材先在温度为(Tβ+5)℃～(Tβ+50)℃的条件下保温1h～2h后空冷，然后在温度为(Tβ-80)℃～(Tβ-10)℃的条件下保温1h～2h后空冷或炉冷，最后在温度为500℃～600℃的条件下保温4h～8h后空冷，其中Tβ为TC4-DT钛合金棒材的β相转变温度，Tβ的单位为℃。
2.根据权利要求1所述的一种TC4-DT钛合金棒材的热处理方法，其特征在于，该方法为：将TC4-DT钛合金棒材先在温度为(Tβ+20)℃～(Tβ+40)℃的条件下保温1h～2h后空冷，然后在温度为(Tβ-40)℃～(Tβ-20)℃的条件下保温1h～2h后空冷或炉冷，最后在温度为500℃～600℃的条件下保温5h～7h后空冷。
3.根据权利要求2所述的一种TC4-DT钛合金棒材的热处理方法，其特征在于，该方法为：将TC4-DT钛合金棒材先在温度为(Tβ+30)℃的条件下保温1.5h后空冷，然后在温度为(Tβ-30)℃的条件下保温1.5h后空冷或炉冷，最后在温度为550℃的条件下保温6h后空冷。
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