CN106011538A - 一种控制晶粒等轴化提高Ti20Zr6.5Al4V合金塑性的方法 - Google Patents
一种控制晶粒等轴化提高Ti20Zr6.5Al4V合金塑性的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种控制晶粒等轴化提高Ti20Zr6.5Al4V合金塑性的方法,其主要是将Ti20Zr6.5Al4V合金棒材切成厚度为16mm的圆锭并清理干净;放入电阻炉中加热至950~1050℃,保温20~40min,取出后迅速放入水中淬火;然后将合金锭以10℃/min的速度加热至750~900℃,保温时间小于5min,取出后用双辊轧机进行轧制变形,轧制速度为0.3~0.6m/s,单道次压下量为0.5~2mm;如此重复加热‑轧制5~20次,直至变形量达到60%以上,空冷至室温;再对合金加热后进行退火处理,退火温度为750~850℃,保温1~12h后随炉冷却至室温。本发明操作简单、生产成本低,在保证强度的同时显著地提高了合金的塑性。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域,特别涉及一种提供钛合金塑性的方法。
背景技术
钛合金是20世纪50年代开始发展与应用的重要金属结构材料,由于具有优异的理化性能及高的比强度等优点,已成为航空航天等领域的关键结构材料。Ti20Zr6.5Al4V合金作为近期开发出的一种新型钛合金,在500℃时效处理后,其组织形态主要为细小的板条状α相,屈服强度可高达1600MPa,然而延伸率只有2.05%,其塑性亟待提高。目前,对于该合金的处理手段仅限于锻造、时效、退火等加工工艺,微观组织为单一的片层状组织,塑性虽然有所提高,但是效果不明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、加工成本低、能够提高合金塑性和强度的控制晶粒等轴化提高Ti20Zr6.5Al4V合金塑性的方法。本发明主要是通过淬火、轧制及退火处理,得到等轴晶含量超过85%以上且组织均匀细小的微观组织形貌。
本发明的技术方案如下:
(1)原料:
所用Ti20Zr6.5Al4V合金的化学成分的质量百分比为Ti:66.5~67.1、Zr:18.7~18.8、Al:5.6~6.0、V:3.8~3.9;
(2)合金预处理:
用线切割机将Φ42mm的Ti20Zr6.5Al4V合金棒材切成厚度为16mm的圆锭并清理干净;
(3)淬火热处理:
将步骤(2)的合金锭放入真空管式电阻炉中进行加热,为了防止合金的氧化,用氩气作为保护气氛,把合金加热至950~1050℃,保温20~40min,取出后迅速放入水中进行淬火,为后续加热、轧制做准备;
(4)短时保温进行多道次轧制:
将骤(3)得到的合金锭用箱式电阻炉以10℃/min的升温速度加热至750~900℃,保温时间小于5min,取出后用双辊轧机进行轧制变形,轧制速度为0.3~0.6m/s,单道次压下量为0.5~2mm;每道次轧制结束后,将合金再次放入热处理炉中,达到750~900℃并保持温度不超过5min,取出后再次进行轧制,如此重复加热-轧制5~20次,直至变形量(变形量=(热加工前的坯料的厚度-热加工后坯料的厚度)/热加工前的坯料的厚度)×100%)达到60%以上,空冷至室温;
(5)退火热处理:
将步骤(4)轧制的变形合金放入真空管式电阻炉中进行加热,为了防止合金的氧化,用氩气作为保护气氛进行退火处理,退火温度为750~850℃,保温1~12h后随炉冷却至室温。
该方法主要是通过淬火获得细小的马氏体组织,为后续的轧制处理做准备,以保证合金锭在轧制过程中进行均匀变形。为防止细小的淬火马氏体组织分解、长大成粗大板条组织,不利于轧制过程的均匀变形,当合金达到预设的轧制温度后,保温时间不能太长,通常保温时间小于5min。轧制后合金达到预定的退火温度后,要有足够长的保温时间,一般为1~12h,以保证获得稳定的等轴晶合金,在改善合金塑性变形能力同时,使强度也得到了一定的提高。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
1、采用本发明得到的Ti20Zr6.5Al4V合金,组织状态为均匀细小的等轴晶,均匀塑性显著提高,提高幅度达124%,合金强度最大可提高30%;
2、采用本发明得到的等轴晶含量超过85%,改变了目前该合金组织单一的现状,为合金的组织多样化奠定了基础,可以根据使用要求定制需要的合金组织,从而推广该合金的应用;
3、工艺流程简单,操作难度不大,普通工业生产设备即可进行相关步骤处理,不受加工设备的限制,加工成本低廉。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的组织等轴化的Ti20Zr6.5Al4V合金金相图。
图2为本发明实施例2得到的组织等轴化的Ti20Zr6.5Al4V合金金相图。
图3为本发明实施例3得到的组织等轴化的Ti20Zr6.5Al4V合金金相图。
图4为本发明实施例4得到的组织等轴化的Ti20Zr6.5Al4V合金金相图。
具体实施方式
实施例1:
取Ti20Zr6.5Al4V合金棒材,其化学成分的质量百分比为Ti:67.1%、Zr:18.8%、Al:5.6%、V:3.8%,用线切割机将合金棒切成Φ42×16mm的圆锭并清理干净,将合金锭放入真空管式电阻炉热(处理炉型号:QSH-VTF-1200T;生产厂商:上海全硕电炉有限公司,以下实施例相同)中加热,使用氩气作为保护气氛,当温度升至970℃时,保温30min,取出合金锭后迅速放入水中进行淬火;轧制前用箱式电阻炉(型号:KL-13;生产厂商:天津市凯恒电热技术有限公司,以下实施例相同)以10℃/min的升温速率将温度升高至800℃,保温2min后,用双辊轧机对合金锭进行轧制变形,轧制速度为0.4m/s,单道次压下量为1.5mm;每道次轧制结束后,将合金放入热处理炉重新加热中,当温度升高到850℃,保温2min后再次轧制,如此重复加热-轧制7次,直至合金厚度为5.5mm,变形量为65.6%,将合金空冷至室温。最后,再次使用真空管式电阻炉进行退火处理,退火温度为800℃,保温2h后随炉冷却,得到的Ti20Zr6.5Al4V合金的组织照片如图1所示,经过淬火、轧制和退火处理后,使原始合金中板条状的α相组织发生了等轴化,等轴晶平均尺寸为3.92μm。本合金与原始合金材料相比,其塑性提高了92.3%、屈服强度提高了30.2%(见表1)。
实施例2:
取Ti20Zr6.5Al4V合金棒材,其化学成分的质量百分比为Ti:67.1%、Zr:18.8%、Al:5.6%、V:3.8%,用线切割机将合金棒切成Φ42×16mm的圆锭并清理干净,将合金锭放入真空管式电阻炉热中加热,使用氩气作为保护气氛,当温度升至970℃时,保温30min,取出合金锭后迅速放入水中进行淬火;轧制前用箱式电阻炉以10℃/min的升温速率将温度升高至850℃,保温4min后,用双辊轧机对合金锭进行轧制变形,轧制速度为0.4m/s,单道次压下量为1.5mm;每道次轧制结束后,将合金放入热处理炉重新加热中,当温度升高到850℃,保温4min后再次轧制,如此重复加热-轧制7次,直至合金厚度为5.5mm,变形量为65.6%,将合金空冷至室温。最后,再次使用真空管式电阻炉进行退火处理,退火温度为800℃,保温8h后随炉冷却,得到的Ti20Zr6.5Al4V合金的组织照片如图2所示,经过淬火、轧制和退火处理后,使原始合金中板条状的α相组织发生了等轴化,等轴晶平均尺寸为5.11μm。本合金与原始合金材料相比,其塑性提高了125.0%、屈服强度提高了15.6%(见表1)。
实施例3:
取Ti20Zr6.5Al4V合金棒材,其化学成分的质量百分比为Ti:66.5%、Zr:18.7%、Al:6.0%、V:3.9%,用线切割机将合金棒切成Φ42×16mm的圆锭并清理干净,将合金锭放入真空管式电阻炉热中加热,使用氩气作为保护气氛,当温度升至1050℃时,保温20min,取出合金锭后迅速放入水中进行淬火;轧制前用箱式电阻炉以10℃/min的升温速率将温度升高至900℃,保温1min后,用双辊轧机对合金锭进行轧制变形,轧制速度为0.6m/s,单道次压下量为2mm;每道次轧制结束后,将合金放入热处理炉重新加热中,当温度升高到900℃,保温1min后再次轧制,如此重复加热-轧制5次,直至合金厚度为6mm,变形量为62%,将合金空冷至室温。最后,再次使用真空管式电阻炉进行退火处理,退火温度为850℃,保温1h后随炉冷却,得到的Ti20Zr6.5Al4V合金的组织照片如图3所示,经过淬火、轧制和退火处理后,使原始合金中板条状的α相组织部分发生了等轴化,基体温片层状组织。本合金与原始合金材料相比,其塑性提高了65.0%、屈服强度提高了32.1%(见表1)。
实施例4:
取Ti20Zr6.5Al4V合金棒材,其化学成分的质量百分比为Ti:66.5%、Zr:18.7%、Al:6.0%、V:3.9%,用线切割机将合金棒切成Φ42×16mm的圆锭并清理干净,将合金锭放入真空管式电阻炉热中加热,使用氩气作为保护气氛,当温度升至950℃时,保温40min,取出合金锭后迅速放入水中进行淬火;轧制前用箱式电阻炉以10℃/min的升温速率将温度升高至750℃,保温1min后,用双辊轧机对合金锭进行轧制变形,轧制速度为0.3m/s,单道次压下量为0.5mm;每道次轧制结束后,将合金放入热处理炉重新加热中,当温度升高到750℃,保温5min后再次轧制,如此重复加热-轧制20次,直至合金厚度为6mm,变形量为62%,将合金空冷至室温。最后,再次使用真空管式电阻炉进行退火处理,退火温度为750℃,保温12h后随炉冷却,得到的Ti20Zr6.5Al4V合金的组织照片如图4所示,经过淬火、轧制和退火处理后,基体为等轴晶。本合金与原始合金材料相比,其塑性提高了70.7%、屈服强度提高了30.1%(见表1)。
表1:不同处理方式合金的拉伸性能及对比。
Claims (1)
1.一种控制晶粒等轴化提高Ti20Zr6.5Al4V合金塑性的方法,其特征在于:
(1)所用Ti20Zr6.5Al4V合金的化学成分的质量百分比为Ti:Ti:66.5~67.1、Zr:18.7~18.8、Al:5.6~6.0、V:3.8~3.9;;
(2)用线切割机将Φ42mm的Ti20Zr6.5Al4V合金棒材切成厚度为16mm的圆锭并清理干净;
(3)将步骤(2)的合金锭放入真空管式电阻炉中进行加热,为了防止合金的氧化,用氩气作为保护气氛,把合金加热至950~1050℃,保温20~40min,取出后迅速放入水中进行淬火;
(4)将骤(3)得到的合金锭用箱式电阻炉以10℃/min的升温速度加热至750~900℃,保温时间小于5min,取出后用双辊轧机进行轧制变形,轧制速度为0.3~0.6m/s,单道次压下量为0.5~2mm;每道次轧制结束后,将合金再次放入热处理炉中,达到750~900℃并保持温度不超过5min,取出后再次进行轧制,如此重复加热-轧制5~20次,直至变形量达到60%以上,空冷至室温;
(5)将步骤(4)轧制的变形合金放入真空管式电阻炉中进行加热,为了防止合金的氧化,用氩气作为保护气氛进行退火处理,退火温度为750~850℃,保温1~12h后随炉冷却至室温。
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