Tc4钛合金多层次组织细化工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及TC4钛合金多层次组织细化工艺方法，属于热处理技术领域。
【背景技术】
[0002] TC4作为一种普遍应用的传统钛合金，其组织形态丰富，有0相变点以下40~ 50°C锻造得到的a+0等轴状的钛合金，这种组织中a相含量>50%，其余为相；在3 相变点以下15~40°C锻造，得到< 50%的初生a 。的双态组织；当TC4钛合金的变形 开始和终了温度都在0相区，且变形量又<50%时，或者将合金加热到0相区后以较慢的 冷却速度冷却时，都将得到魏氏组织；网篮组织是将两相钛合金在0转变温度附近变形， 或在3相区开始变形，而在两相区终止变形(变形量为50~80%)，得到的组织。三态组织 是属于近0锻造，在0相变点以下10~15°C锻造后冷却形成。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于，提供一种TC4钛合金多层次组织细化工艺方法。以得到包括 晶粒尺寸、团尺寸、针片状或条束状组织尺寸、亚片条尺寸等不同的TC4钛合金，从而应用 于不同要求的领域。
[0004] 本发明的技术方案： 一种TC4钛合金多层次组织细化工艺方法，该方法是将待处理的TC4钛合金放在加 热炉内加热至1000~ll〇〇°C，保温5~20min后，将加热件从加热炉内取出使其以80~ 120°C /s的冷却速度冷却至室温，得晶粒尺寸为200~300μm，团尺寸为140~170μm，条 束尺寸为0. 7~1. 0μm，平均硬度为34~37HRC的TC4钛合金热处理件。
[0005] -种TC4钛合金多层次组织细化工艺方法，该方法是将待处理的TC4钛合金放在 加热炉内加热至1000~ll〇〇°C，保温5~20min后，将加热件从加热炉内取出使其以25~ 45°C /s的冷却速度冷却至室温，得晶粒尺寸为200~300μm，团尺寸为90~120μm，条束 尺寸1. 4~1. 7 ii m，平均硬度为30~34HRC的TC4钛合金热处理件。
[0006] 一种TC4钛合金多层次组织细化工艺方法，该方法是将待处理的TC4钛合金放在 加热炉内加热至1000~1100°C，保温5~20min后，取出加热件，使其以2~5°C /s的冷 却速度冷却至室温，得晶粒尺寸为200~300μm，团尺寸为90~120μm，条束尺寸1. 6~ 2. 0μm，平均硬度为29~30HRC的TC4钛合金热处理件。
[0007] -种TC4钛合金多层次组织细化工艺方法，该方法是将待处理的TC4钛合金放在 加热炉内加热至1000~ll〇〇°C，保温5~20min后，停止加热使加热件以0. 01~0. 05°C / s的冷却速度冷却至室温，得晶粒尺寸为200~300μm，团尺寸为40~60μm，条束尺寸 8. 0~10. 0μm，平均硬度为28~29HRC的TC4钛合金热处理件。
[0008] 前述方法中，所述待处理的TC4钛合金中包括钛元素（Ti) 89. 98、铝元素（A1) 5. 422、钒元素（V) 4. 281、碳元素（C) 0. 058 和铁元素（Fe) 0. 083。
[0009] 前述方法中，所述待处理的TC4钛合金中含的杂质元素包括小于或等于0. 05的氮 元素（N)、小于或等于0. 015的氢元素（H)和小于或等于0. 20的氧元素（0)。
[0010] 前述方法中，所述待处理的TC4钛合金状态为锻态，晶粒组织为细小片条状的魏 氏组织，无过烧过热现象，无氧化。
[0011] 前述方法中，所述保温5~20min根据待处理的TC4钛合金的有效厚度确定，保温 时间与待处理的TC4钛合金有效厚度成正比，有效厚度越大保温时间越长，反之保温时间 越短。
[0012] 与现有技术相比，本发明与传统工艺不同，是在0相区一定温度进行加热，并控 制相应的保温时间，然后控制四种不同的冷却速度，从而得到包括晶粒尺寸、团尺寸、条束 尺寸等不同组织和性能的热处理件。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。
[0014] 一种TC4钛合金多层次组织细化工艺方法，该方法是将待处理的TC4钛合金放在 加热炉内加热至1000~1100°C，保温5~20min后，将加热件从加热炉内取出使其以80~ 120°C /s的冷却速度冷却至室温，得晶粒尺寸为200~300μm，团尺寸为140~170μm，条 束尺寸为0. 7~1. 0μm，平均硬度为34~37HRC的TC4钛合金热处理件。
[0015] 一种TC4钛合金多层次组织细化工艺方法，该方法是将待处理的TC4钛合金放在 加热炉内加热至1000~1100°C，保温5~20min后，将加热件从加热炉内取出使其以25~ 45°C /s的冷却速度冷却至室温，得晶粒尺寸为200~300μm，团尺寸为90~120μm，条束 尺寸1. 4~1. 7 ii m，平均硬度为30~34HRC的TC4钛合金热处理件。
[0016] 一种TC4钛合金多层次组织细化工艺方法，该方法是将待处理的TC4钛合金放在 加热炉内加热至1000~1100°C，保温5~20min后，取出加热件，使其以2~5°C /s的冷 却速度冷却至室温，得晶粒尺寸为200~300μm，团尺寸为90~120μm，条束尺寸1. 6~ 2. 0μm，平均硬度为29~30HRC的TC4钛合金热处理件。
[0017] 一种TC4钛合金多层次组织细化工艺方法，该方法是将待处理的TC4钛合金放在 加热炉内加热至1000~1100°C，保温5~20min后，停止加热使加热件以0. 01~0. 05°C / s的冷却速度冷却至室温，得晶粒尺寸为200~300μm，团尺寸为40~60μm，条束尺寸 8. 0~10. 0μm，平均硬度为28~29HRC的TC4钛合金热处理件。
[0018] 前述方法中，所述待处理的TC4钛合金中包括钛元素（Ti) 89. 98、铝元素（A1) 5. 422、钒元素（V) 4. 281、碳元素（C) 0. 058和铁元素（Fe) 0. 083。待处理的TC4钛合金中 含的杂质元素包括小于或等于0. 05的氮元素（N)、小于或等于0. 015的氢元素（H)和小于 或等于0. 20的氧元素（0)。待处理的TC4钛合金状态为锻态，晶粒组织为细小片条状的魏 氏组织，无过烧过热现象，无氧化。保温一段时间根据待处理的TC4钛合金的有效厚度来确 定，保温时间与待处理的TC4钛合金有效厚度成正比，有效厚度越大保温时间越长，反之保 温时间越短。
[0019] 所述TC4钛合金热处理件的组织为不同领域尺寸的条束状a相和少量0相，根 据冷却速度不同，得到的a或a '条束厚度不同。所述待处理的TC4钛合金在早期的轧制 和锻造过程中没有氧化，并控制好锻后组织，锻造后空冷，得到组织为细小的片条状的魏氏 组织。冷却过程中，应合理控制合金的冷却速率，以便得到相应领域尺寸的不同层次组织。 保温时间应合理控制，时间过长会导致组织发生逆转变和氧化。
[0020] 在热处理前材料的状态为锻态，晶粒尺寸在200~300μm之间，组织为细小的魏 氏组织，无过烧过热现象，无氧化。
[0021] 本发明所用材料含有的主要合金元素，其作用如下： 铝元素A1为待处理的TC4钛合金中必不可少的，有效的a相稳定元素，加入A1可以 提高@相转变温度和降低熔点。减小合金的比密度，同时起到强化作用。A1在钛合金中的 作用类似于C在钢中的作用，因此，该工艺要求严格控制冶炼过程中A1元素的含量。
[0022] 钒元素V中的钒晶格类型为体心立方，与0相钛合金相同，为0相稳定元素，可 与@相无限互溶。加入V的目的是固溶强化，并保持合金有较好的塑性。V含量过多或过 少都会引起U+3 )/@相变点，继而引起加热保温时温度的变化。
[0023] 在晶粒尺寸相同点的前提下，随着冷却速率的增加，该合金对应的团尺寸呈现增 大的趋势，片层尺寸呈现减小的趋势。屈服强度和抗拉强度呈现增加的趋势，伸长率和断面 收缩率变化不大，静力韧度和断裂韧性在冷却速率较低时较大，冷却速率较高时变化不明 显。
[0024] 实施例1 将两块待处理的TC4钛合金放在加热炉内加热至1000~1KKTC，保温一段时间后， 将加热件从加热炉内取出使其以80~120°C /s的冷却速度冷却至室温，得晶粒尺寸为 273. 70μm，团尺寸为165. 14 ii m，片层尺寸0? 85 ii m，平均硬度为35. 8HRC HRC的TC4钛合 金热处理件。两块TC4钛合金热处理件中其中一块的力学性能如下：伸长率为8. 91%，断面 收缩率为9. 06%，屈服强度为851. 19MPa，抗拉强度为960. 02MPa，静力韧度为76. 37MJ/m3， 断裂韧性为62. 75MPa ?
【主权项】
1. 一种TC4钛合金多层次组织细化工艺方法，其特征在于：该方法是将待处理的TC4 钛合金放在加热炉内加热至1000~1100 °C，保温5~20min后，将加热件从加热炉内取 出使其以80~120°C /s的冷却速度冷却至室温，得晶粒尺寸为200~300 iim，团尺寸为 140~170μm，条束尺寸为0? 7~L 0μm，平均硬度为34~37HRC的TC4钛合金热处理件。
2.-种TC4钛合金多层次组织细化工艺方法，其特征在于：该方法是将待处理的TC4 钛合金放在加热炉内加热至1000~ll〇〇°C，保温5~20min后，将加热件从加热炉内取出 使其以25-45°C /s的冷却速度冷却至室温，得晶粒尺寸为200~300 iim，团尺寸为90~ 120μm，条束尺寸L 4~L 7 ii m，平均硬度为30~34HRC的TC4钛合金热处理件。
3. -种TC4钛合金多层次组织细化工艺方法，其特征在于：该方法是将待处理的TC4 钛合金放在加热炉内加热至1000~1100 °C，保温5~20min后，使加热件以2-5 °C /s的冷 却速度冷却至室温，得晶粒尺寸为200~300μm，团尺寸为90~120μm，条束尺寸L 6~ 2.0iim，平均硬度为29~30HRC的TC4钛合金热处理件。
4. 一种TC4钛合金多层次组织细化工艺方法，其特征在于：该方法是将待处理的TC4 钛合金放在加热炉内加热至1000~1100 °C，保温5~20min后，停止加热使加热件以 0. 01~0. 05°C /s的冷却速度冷却至室温，得晶粒尺寸为200~300μm，团尺寸为40~ 60μm，条束尺寸8. 0~10. 0μm，平均硬度为28~29HRC的TC4钛合金热处理件。
5. 根据权利要求1~4任一权利要求所述方法，其特征在于，所述待处理的TC4钛合金 中包括钛元素（Ti)89. 98、铝元素（Al)5. 422、钒元素（V)4. 281、碳元素（C)0.0 58和铁元素 (Fe) 0? 083。
6. 根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述待处理的TC4钛合金中含的杂质元素包 括小于或等于〇. 05的氮元素（N)、小于或等于0. 015的氢元素（H)和小于或等于0. 20的氧 元素（0)。
7. 根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述待处理的TC4钛合金状态为锻态，晶粒 组织为细小片条状的魏氏组织，无过烧过热现象，无氧化。
8. 根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述保温时间根据待处理的TC4钛合金的有 效厚度来确定，保温时间与待处理的TC4钛合金的有效厚度成正比，有效厚度值越大保温 时间相应越长，反之保温时间越短。
【专利摘要】本发明公开了一种TC4钛合金多层次组织细化工艺方法。该方法是将待处理的TC4钛合金放在加热炉内加热至1000～1100℃，保温一段时间后，采用水冷、空冷、随炉冷却等冷却方式并控制其相应冷却速率使加热件冷却至室温，得晶粒尺寸为200～300μm，团尺寸为140～170μm，条束尺寸为0.7～1.0μm，平均硬度为34～37HRC的TC4钛合金热处理件。本发明与传统工艺不同，是在β相区一定温度进行加热，并控制相应的保温时间，然后控制不同的冷却速度，从而得到包括晶粒尺寸、团尺寸、条束尺寸、片条尺寸等不同组织尺度及其性能的热处理件。
【IPC分类】C22F1-18
【公开号】CN104745995
【申请号】CN201310747604
【发明人】梁益龙, 杨明, 宋洪超
【申请人】贵州大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年12月31日