一种测量铸造钛合金β转变温度的方法与流程

本发明适用于铸造钛合金β转变温度测试，其它钛合金也适用，提供了一种得到铸造钛合金β转变温度的方法。

背景技术：

随着钛合金零件及先进制造工艺在航空工业的大量应用，组织和性能优越的高强钛合金需求迫切，对钛合金制造和测试技术提出了极高的要求，如钛合金的β锻、近β锻造工艺，超塑成型等，其锻造温度窗口很窄，极易造成锻件过热报废或不能达到理想组织性能，因此需要一个更为精确的β转变温度指导锻造加热温度，才能获得优异的组织和性能。

目前国内外普遍采用的钛合金β转变温度测试方法主要有金相法和差热分析法，国内主要依据HB6623-1992测试β转变温度。其中金相法周期长，成本高，且需要精度为±3℃的热处理炉，理论测试精度±8℃；差热分析法快速，但取样小，代表性差，设备昂贵，理论测试精度±8℃。金相法为仲裁方法，其基本原理是：根据α型、α-β型和亚稳β型钛合金在热变形、退火和固溶时效(均在相变点以下)状态下都有一定数量的α相，其加热过程中，随着温度升高，钛合金中α相含量越来越少，β相含量越来越多，达到某临界温度后，将全部转变为β相，在该临界温度保持一定时间后快速淬火，可以得到没有α相的针状马氏体或亚稳β相组织，通过观察淬火试样金相组织，将钛合金全部转变为β相组织的最低温度或初生α相含量小于3％的所代表的温度确定为该批材料的β转变温度。

HB6623-1992规定的金相法在实际测试铸造钛合金β转变温度时，由于初生α相为针状，且尺寸很小，与淬火针状马氏体极其相似，光学显微镜下相识别难度较大，使得同批样品实际测试差异可达15℃，不适用于铸造钛合金β转变温度的测试，实际生产中，由于原材料化学成分和加工历史的差别，β转变温度差异更大，现实科研、生产迫切需要铸造钛合金β转变温度测精确测试方法。

技术实现要素：

目的

本发明创造的目的是解决铸造钛合金β转变温度精确测试。

钛合金β转变温度取决于合金化元素的类型和含量，与组织结构无关。也就是说对于成分一定的钛合金，对应一定的β转变温度。因此铸造钛合金在β转变温度以下的两相区退火处理后，初生α相尺寸长大，在随后的系列淬火时，初生α相变化明显，提高了α相在β转变温度测定时的识别能力，使得β转变温度测试准确性提高。

本发明的优点

本方法可实现各类钛合金β转变温度精确测试，尤其适用于铸造钛合金的相变温度精确测试，解决了铸造钛合金细小初生α相与淬火针状马氏体的金相鉴别难题，测试精度达到±8℃，为进一步提高精度，可在提高热处理炉精度基础上，缩小系列热处理温度间隔。如热处理炉精度±2℃，热处理间隔±2℃，测试精度可提高到±4℃。

本方法经过两年多实践验证，结果测试准确，操作性强。

技术方案

提供一种测试铸造钛合金β转变温度的方法，其具体步骤如下：

步骤一、热处理准备

从铸造钛合金坯料头部或尾部切取多个试样；加热设备采用电加热热处理炉，炉温均匀性为±3℃；金相显微镜具有200倍和500倍的观察能力；将试样全部放入加热设备进行预热处理；

步骤二、β转变温度的初步确定

依据试样的化学成分估算得到试样β转变温度，或依据钛合金的β转变温度经验值选定β转变温度；

步骤三、预热处理

以低于步骤二得到的β转变温度30℃的温度值对试样进行保温加热30分钟，保温加热完成后随炉冷却至600℃后，出炉在自然环境下冷却；

步骤四、淬火

以步骤二得到的β转变温度为中间值上、下间隔制定多个淬火加热温度点，所述多个淬火加热温度点间隔为5℃，温度点的数量与试样个数相同，一个试样对应一个温度点，将试样分别在所述温度点下进行保温加热30分钟，保温加热完成后，直接将试样置于淬火水槽中；

步骤五、测试准备

去除淬火后的试样的表面污染层，制成金相试样；

步骤六、β转变温度测试

采用金相显微镜对试样进行观测，具体判断步骤如下：选择200倍或500倍放大倍数，按照由低温度点到高温度点的顺序依次观察试样的初生α相含量，

1)存在初生α相完全消失的的温度点：将α相完全消失的的温度点中的最低温度点作为β转变温度；

2)不存在初生α相完全消失的的温度点：将最高温度点作为β转变温度。

进一步的测定结果的处置

当一批试样两次测得的β转变温度结果差异大于±8℃时，在原来取样部位附近重新取样测试，若两次结果相差不超过±8℃，将两次测定的平均值作为该 批次材料β转变温度。若两次结果超出±8℃，先分析查找原因，排除试验原因时，增加不同位置取样数量，将多次测量结果平均值作为β转变温度，或给出β转变温度范围。

附图说明

图1为初生α含量0.5％放大观测图；

图2为初生α含量1％放大观测图；

图3为初生α含量1.5％放大观测图；

具体实施方式

测量铸造钛合金β转变温度的方法，其具体步骤如下：

步骤一、热处理准备

从铸造钛合金坯料头部或尾部切取多个试样；加热设备采用电加热热处理炉，炉温均匀性为±3℃；金相显微镜具有200倍和500倍的观察能力；将试样全部放入加热设备进行预热处理；

步骤二、β转变温度的初步确定

依据试样的化学成分估算得到试样β转变温度(例如，参见附录A)，或依据钛合金的β转变温度经验值选定β转变温度(例如，参见附录B)；

步骤三、预热处理

以低于步骤二得到的β转变温度30℃的温度值对试样进行保温加热30分钟，保温加热完成后随炉冷却至600℃后，出炉在自然环境下冷却；

步骤四、淬火

以步骤二得到的β转变温度为中间值上、下间隔制定多个淬火加热温度点， 所述多个淬火加热温度点间隔为5℃，温度点的数量与试样个数相同，一个试样对应一个温度点，将试样分别在所述温度点下进行保温加热30分钟，保温加热完成后，直接将试样置于淬火水槽中；

步骤五、测试准备

去除淬火后的试样的表面污染层，制成金相试样；

步骤六、β转变温度测试

采用金相显微镜对试样进行观测，具体判断步骤如下：选择200倍或500倍放大倍数，按照由低温度点到高温度点的顺序依次观察试样的初生α相含量，

1)存在初生α相完全消失的的温度点：将α相完全消失的的温度点中的最低温度点作为β转变温度；

2)不存在初生α相完全消失的的温度点：将最高温度点作为β转变温度。

进一步，试样的取样方法为线切割或冷却锯床切割，将切取的试样加工成Ф15mm×15mm的圆柱体或10mm×10mm×15mm长方体的金相试样。

具体的，所述的电加热热处理炉符合HB5354中的1类设备的要求。

附录A

计算法估算钛合金β转变温度

钛合金β转变温度的计算公式为：T_β＝885℃+Σ各元素含量×该元素对α+β/β相变点的影响。各含量元素对于β转变温度影响见表A.1。

表A.1 元素含量对钛合金相变点的影响

例如：TC21的β相转变温度的计算，元素含量见表A.2。

表A.2 TC21铸锭化学成分(Wt％)

TC21合金的β转变温度计算如下：

铝的影响为2.0％×(+14.5℃/1.0％)+(6.2-2.0)％×(+23.0℃/1.0％)＝+125.6℃；

钼的影响为2.96％×(-5.5℃/1.0％)＝-16.28℃；

镍的影响为2.08％×(-8.5℃/1.0％)＝-17.68℃；

锡的影响为2.06％×(-1.0℃/1.0％)＝-2.06℃；

锆的影响为2.02％×(-2.0℃/1.0％)＝-4.04℃；

铬的影响为1.25％×(-15.5℃/1.0％)＝-19.375℃；

铁的影响为0.05％×(-16.5℃/1.0％)＝-0.825℃；

硅的影响为0.02％×(-1.0℃/0.1％)＝-0.2℃；

碳的影响为0.007％×(+2.0℃/0.01％)＝+1.4℃；

氮的影响为0.006％×(+5.5℃/0.01％)＝+3.3℃；

氢的影响为0.004％×(-5.5℃/0.01％)＝-2.2℃；

氧的影响为0.09％×(+2.0℃/0.01％)＝+18℃；

TC21合金的β转变温度T_β＝885℃+125.6℃-16.28℃-17.68℃-2.06℃-4.04℃-19.375℃-0.825℃-0.2℃+1.4℃+3.3℃-2.2℃+18℃＝971.6℃

附录B

钛合金的β转变温度