一種高強度高塑性鈦合金的製備方法與流程

2023-06-14 17:52:36 2

本發明涉及一種高強度高塑性鈦合金的製備方法，屬於鈦合金技術領域。

背景技術：

鈦合金因具有比強度高、耐蝕、耐熱性強等許多優點，在各個領域中的應用越來越廣泛。隨著鈦合金應用領域的不斷拓展，對高強度高塑性鈦合金的需求和要求不斷提高。目前，研究者採用多種方法提高鈦合金強度和塑性。採用合金化方法，添加mo、cr、v、ta、mn、fe、al等元素，並調整元素含量配比，可提高鈦合金綜合性能，但成分改變不僅增加鈦合金生產成本，同時使工藝難度增大。採用多重退火、淬火及時效處理等熱處理工藝，可調控鈦合金組織狀態，改變組織中不同物相的含量、形態、尺寸、分布等，進而影響材料強塑性，這一方法多是對材料成品進行離線後處理，生產工藝流程延長。利用高溫形變過程產生的回覆再結晶現象，細化晶粒度，可提高鈦合金強度和塑性，然而在一些重要應用場合，這一方法獲得的鈦合金的強塑性仍不夠理想，無法滿足使用要求。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種高強度高塑性鈦合金的製備方法，以解決傳統工藝方法生產的鈦合金強度和塑性不足的問題。

為實現上述目的，本發明採用的技術方案為：

一種高強度高塑性鈦合金的製備方法，包括以下步驟：

(1)高溫變形：對鈦合金在不高於β轉變溫度tβ的情況下進行變形；

(2)穩定化處理：鈦合金在高溫變形後，冷卻，並等溫處理；

(3)水淬處理：鈦合金穩定化處理後進行水淬處理；

(4)時效處理：水淬處理後的鈦合金進行時效處理，空冷。

優選的，步驟(1)中，變形溫度控制在β轉變溫度tβ以下15℃溫度區間，即tβ-15℃～tβ；變形時的應變速率控制在3s-1以內。

優選的，步驟(2)中，穩定化處理時，溫度控制在β轉變溫度tβ以下80℃～150℃溫度區間，即tβ-150℃～tβ-80℃；等溫處理時間為0.5～6h。

優選的，步驟(3)中，穩定化處理後快速水淬。

優選的，步驟(4)中，時效處理的溫度為400～600℃；時間為2～4h。

有益效果：本發明提供了一種高強度高塑性鈦合金的製備方法，在不改變材料化學成分的前提下，利用鈦合金在線形變複合熱處理技術，控制鈦合金製備過程關鍵環節和工藝參數，同時實現鈦合金高強度和高塑性。通過高溫變形並控制其工藝參數，利用該過程產生的形變誘導/增強β相變作用，顯著細化鈦合金晶粒度。通過高溫穩定化及水淬處理，使合金元素重新分配，調控組織中不同組成相的穩定性及比例。利用時效處理，使組織中的不穩定相發生相變，調控組織狀態。採用本發明提供的方法，提高了鈦合金強度和塑性，克服了普通形變和熱處理工藝流程長、不經濟的缺點，解決了傳統工藝方法生產的鈦合金難以滿足特殊場合對高強塑性要求的問題。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作更進一步的說明。

實施例1：

(1)tc4鈦合金名義β轉變溫度約990℃左右，對tc4鈦合金985℃左右進行高溫變形，應變速率2s-1左右；

(2)tc4鈦合金高溫變形後，冷卻至900℃左右等溫1h；

(3)對穩定化處理後的tc4鈦合金快速水淬；

(4)對水淬後tc4鈦合金在600℃時效2h，空冷至室溫。

採用上述步驟生產的tc4鈦合金棒線材抗拉強度達到1210mpa，延伸率達到10.2％。

實施例2：

(1)對tc4鈦合金在980℃左右進行高溫變形，應變速率為0.1s-1；

(2)tc4鈦合金高溫變形後，冷卻至870℃左右，等溫3h；

(3)對穩定化處理後的tc4鈦合金快速水淬；

(4)對水淬後tc4鈦合金在500℃時效3h，空冷至室溫；

採用上述步驟生產的tc4鈦合金棒線材抗拉強度達到1232mpa，延伸率達到9.7％。

實施例3：

(1)對tc4鈦合金在975℃左右進行高溫變形，應變速率為0.001s-1；

(2)tc4鈦合金高溫變形後，冷卻至840℃左右，等溫6h；

(3)對穩定化處理後的tc4鈦合金快速水淬；

(4)對水淬後tc4鈦合金在400℃時效4h，空冷至室溫。

採用上述步驟生產的tc4鈦合金棒線材抗拉強度達到1196mpa，延伸率達到10.5％。

實施例4：

(1)tc3鈦合金名義β轉變溫度約965℃左右，對tc3鈦合金960℃左右進行變形，應變速率為2s-1；

(2)tc3鈦合金高溫變形後，冷卻至860℃左右，等溫2h；

(3)對穩定化處理後的tc3鈦合金快速水淬；

(4)對水淬後tc3鈦合金在550℃時效2h，空冷至室溫。

採用上述步驟生產的tc3鈦合金棒線材抗拉強度達到905mpa，延伸率達到10.7％。

實施例5：

(1)對tc3鈦合金955℃左右進行變形，應變速率為1s-1；

(2)tc3鈦合金高溫變形後，冷卻至830℃左右，等溫4h；

(3)對穩定化處理後的tc3鈦合金快速水淬；

(4)對水淬後tc3鈦合金在500℃時效3h，空冷至室溫。

採用上述步驟生產的tc3鈦合金棒線材抗拉強度達到926mpa，延伸率達到9.8％。

實施例6：

(1)對tc3鈦合金960℃左右進行變形，應變速率為0.5s-1；

(2)tc3鈦合金高溫變形後，冷卻至870℃左右，等溫1h；

(3)對穩定化處理後的tc3鈦合金快速水淬；

(4)對水淬後tc3鈦合金在450℃時效4h，空冷至室溫。

採用上述步驟生產的tc3鈦合金棒線材抗拉強度達到965mpa，延伸率達到9.3％。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。