专利名称：一种提高冷成型β钛合金时效后塑性的热处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于钛合金加工领域，涉及到钛合金的热处理工艺，特别涉及到 一种提高冷成型P钛合金时效后塑性的热处理工艺。
背景技术：
对于航空航天领域使用的紧固件的生产而言，曾普遍使用TC4 (Ti-6A1-4V)经过热镦、真空固溶时效处理，工艺复杂，所需要的加工设备 技术要求高，因此生产成本较高。近年来为简化工艺、降低成本，选用(3钛 合金在固溶态冷成型，然后再时效提高零件强度，这种方法大大降低了生产 成本。但由于这种经过冷变形的亚稳定钛合金时效(50(TC左右)时析出a相， 阻碍了P基体的回复与再结晶，这使得冷成型导致的位错等变形缺陷在此时 效温度下不能得到有效的消除，从而降低了零件塑性(材料服役安全指标)。 对Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al曾有人提出以下解决方案冷变形后在相变点以上 (820°C)短暂保温2分钟左右，使卩基体发生回复以消除冷变形产生的位 错，然后在50(TC时效8 10小时提高零件强度。但该方案实际生产操作时， 保温时间很难控制时间稍长可能会引起再结晶长大，甚至局部出现异常长 大的现象，时间短了又达不到降低位错密度的效果；另外，由于保温时间很 短，很难保证同一批次不同截面尺寸的零件表面与心部组织的均匀性。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明提出一种提高冷成型(3钛合金时效后塑性的热处理工艺，该工艺能够降低回复温度，延长回复时间 双重时效，使保温时间的控制与不同截面尺寸零件组织均匀性问题得到解决， 在保证零件强度的前提下大幅提升塑性，且具有简便易行、适合工业批量处 理等特点。
实现上述目的的技术方案是， 一种提高冷成型f3钛合金时效后塑性的热
处理工艺，包括以下步骤
1) 将亚稳定(3钛合金在(3相区(800~830°C)固溶处理，冷却后在室温 下进行冷成型，塑性变形量在5%~30%;
2) 将冷变形后的试样在正常的时效温度(495 505°C)保温1.5 2.5小
时；
3) 将时效温度提高到545 555T:，再保温1 1.5小时，将亚稳定卩钛合金空冷。
所述的冷成型包括冷挤压、冷轧、冷弯、冷墩等成型方式。 所述的P钛合金能够通过时效析出强化，冷变形过程中不发生应力诱发相变。
所述的正常时效温度是该合金工业生产中使用的时效温度。
本发明采用双重时效工艺，冷变形后的材料先在495~505 。C时效1.5~2.5 小时，然后提高时效温度到545 555'C保温1 1.5小时。相对于495~505*€的 处理温度，545 555r处理后材料内部由于冷变形产生的位错等晶体缺陷通 过有效的回复过程大部分得到消除，从而使得材料的塑性变形能力得到提升； 较长的保温时间(1~1.5小时)可使同一炉次处理的所有零件表面与内部达 到设定温度后保温时间相差较小，从而保证了所有零件的组织与性能的均匀性。另外，本技术操作简便易行，适合工业化的批量处理。
图1 TB3在82(TC固溶后经过5%冷变形的样品在500'C时效3小时后样 品的透射电子显微(TEM)形貌图。
图2 TB3在82(TC固溶后经过5%冷变形的样品在50(TC时效2小时，再 升高温度至55(TC保温1小时后样品的透射电子显微(TEM)形貌图。
图3 TB3在820"C固溶后经过10%冷变形的样品在50(TC时效3小时后样 品的透射电子显微(TEM)形貌图。
图4TB3在820。C固溶后经过10%冷变形的样品在50(TC时效2小时，再 升高温度至55(TC保温1小时后样品的透射电子显微(TEM)形貌图。
图5为固溶后经过冷变形的TB3试样，经过500"C时效3小时(常规工 艺)和使用本发明的热处理工艺处理后试样的强度对比图。
图6为固溶后经过冷变形的TB3试样，经过50(TC时效3小时(常规工 艺)和使用本发明的热处理工艺处理后试样的延伸率对比图。
具体实施例方式
参照图1所示，可以看到变形引入的大量位错在此温度下没有得到有 效的消除，时效析出的片状a相与位错缠结在一起。
参照图2所示，可以看到与图1相比，经过55(TC保温1小时材料内 部位错虽然没有完全消除，但得到大幅减少。
参照图3所示，可以看到变形引入的大量位错在此温度下没有得到有 效的消除，由位错缠结构成的滑移带形貌清晰可见，时效析出的片状a相与位错缠结在一起。
参照图4所示，可以看到与图3相比，经过55(TC保温1小时材料内 部位错虽然没有完全消除，但得到大幅减少。
参照图5所示，横坐标为冷变形量，纵坐标为抗拉强度。可以看到，试 样的抗拉强度随冷变形量的增加而增加；相对于常规工艺，使用本发明的工 艺后材料强度有所下降，但总体来说均高于无冷变形试样时效峰值强度。
参照图6所示，横坐标为冷变形量，纵坐标为延伸率。可以看到，试样 的延伸率随冷变形量的增加而减小，但在0.1-0.3之间不再减小；相对于常 规工艺，使用本发明的工艺后材料延伸率显著提高，提高幅度在50%以上， 总体来说比无冷变形试样峰值时效状态的延伸率稍低。
本发明把经过冷变形的亚稳卩钛合金的最终时效处理温度从495~505°C 提高到545~555°C，使得a片加速析出的同时材料内部由于冷变形产生的位 错等晶体缺陷发生有效的回复过程，从而大部分得到消除，进而使得材料的 塑性变形能力得到恢复，另一方面由于此回复过程不能完全消除冷变形引入 的位错，部分位错最终残留在材料内使得材料强度与无冷变形的试样相比得 到一定程度的提升。
按照本发明的技术方案，具体实施方法与步骤为
(1) 将亚稳定p钛合金(TB3)在P相区(820°C)固溶处理，空冷后在室 温下进行冷成型，塑性变形量在5% 30%;
(2) 将冷变形后的试样在正常的时效温度(500°C)保温2小时；
(3) 将时效温度提高到550'C，再保温1小时。
实施例h将TB3在82(TC固溶后空冷，室温下经过5%变形，先在500'C时效2小 时，然后再提高温度到550'C保温lh，材料内部位错密度大幅减少，参见图 2。拉伸测试结果显示通过本发明的工艺处理后，抗拉强度为1283 MPa左 右，高于无冷变形TB3样品时效峰值强度(1260MPa左右)，参见图5;延伸 率为O. 14，与无冷变形TB3样品峰值时效状态的延伸率(0. 15)相当，参见图6。
实施例2:
将TB3在82(TC固溶后空冷，室温下经过10°/。变形，然后先在50(TC时 效2小时，再提高温度到550。C保温lh，材料内部位错密度大幅减少，参见 图4。拉伸测试结果显示通过本发明的工艺处理后，抗拉强度为1316 MPa 左右，高于无冷变形TB3样品时效峰值强度(1260MPa)，参见图5;延伸率 为0. 126，与无冷变形TB3样品峰值时效状态的延伸率(O. 15)相当，参见图6。
实施例3:
将TB3在82(TC固溶后空冷，室温下经过20%变形，然后先在50(TC时 效2小时，再提高温度到55(TC保温lh。拉伸测试结果显示通过本发明工 艺处理后，抗拉强度为1395 MPa，高于无冷变形TB3样品时效峰值水平(1260 MPa)以上，参见图5;延伸率为0.132，与无冷变形TB3样品峰值时效状态 的延伸率(O. 15)相当，参见图6。
权利要求
1. 一种提高冷成型β钛合金时效后塑性的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤1)将亚稳定β钛合金在β相区800～830℃固溶处理，冷却后在室温下进行冷成型，塑性变形量在5％～30％；2)将冷变形后的试样在正常的时效温度495～505℃保温1.5～2.5小时；3)将时效温度提高到545～555℃，再保温1～1.5小时后，将亚稳定β钛合金空冷。
2. 根据权利要求1所述的一种提高冷成型p钛合金时效后塑性改善的热 处理工艺，其特征在于，所述的冷成型包括冷挤压、冷轧、冷弯或冷墩成型 方式。
全文摘要
本发明公开了一种提高冷成型β钛合金时效后塑性的热处理工艺，该工艺先将固溶后经过冷变形的β钛合金在正常的时效温度短时间时效，然后适当提高时效温度短时间保温，以通过高温回复机制部分消除冷变形残留下来的位错等变形缺陷，从而在保证合金强度的前提下使材料的塑性得到恢复，并且缩短了时效时间。该工艺操作简便易行，适合工业生产过程中批量处理。
文档编号C22F1/18GK101435063SQ200810232780
公开日2009年5月20日 申请日期2008年12月11日 优先权日2008年12月11日
发明者力 刘, 军 孙, 孙巧艳, 宋振亚, 林 肖, 威 陈 申请人:西安交通大学