一种TA19钛合金获得半等轴化组织的固溶处理工艺的制作方法

本发明涉及一种双相钛合金的热加工工艺，属于钛合金微观组织控制技术领域。

背景技术：

钛合金的性能主要取决于显微组织形态，不同的组织对应于不同的力学性能。如图1所示，双相钛合金的不同组织状态在其强度、塑性、断裂韧性方面各有不同。而钛合金的显微组织主要取决于钛合金的化学成分、热处理状态、锻造工艺等，不同热处理制度和锻造工艺下主要可以通过控制钛合金中α相和β相的形态、比例、相界面等来控制其力学性能特征。

目前的相关组织控制的技术方案均是通过改变加热温度、冷却速度、变形的终轧温度等来获得不同形态、相分数的相，例如：在α+β相区不同温度，不同变形量，可获得等轴组织或网篮组织；在加热到高于β相变点以上冷却下来后可获片层魏氏组织；等轴组织在α+β两相区加热，随加热温度的不同，可以控制等轴α相的相分数等。因此相关的双相钛合金组织控制方式比较固定，且组织均已上述的常规组织形态为主。

在钛合金组织和性能关系的研究报告中明确指出，等轴组织具有较好的塑韧性、抗缺口敏感性，但冲击，高温持久蠕变，断裂韧性等较差，而片层状的魏氏组织或网篮组织的蠕变、持久性能，断裂韧性则比较高。因此在某种程度上，能够实现两种组织的有效控制来改善钛合金性能是钛合金热加工领域中需要重点关注的。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种TA19钛合金获得半等轴化组织的固溶处理工艺，以实现两种组织的有效控制来改善钛合金性能。

为解决上述问题，拟采用这样一种TA19钛合金获得半等轴化组织的固溶处理工艺：

将具有双态或等轴组织TA19钛合金型材或零部件采用感应加热、直接电阻加热等快速加热方式，以100~1000 ℃/s的速度加热到800~1100 ℃，保温1~60秒。由于TA19双相钛合金中成分分布并非均匀，因此即便是一个合金，其微区相变点与元素的扩散速率也并非一个固定数值，采用快速加热到α+β两相区或β单相区，主要是对TA19合金快速完成相变。

然后，采用高压空气、油冷或水冷等方式，以冷速为50~200 ℃/s，冷却到400 ℃以下，其目的是快速冷却，防止在钛合金中获得扩散型相变产物如β转变组织，尽量获得钛合金马氏体相，让局部区域成分保持不变。

随后，直接进行时效热处理，或重新固溶，再进行时效热处理。如：将该组织的TA19合金重新加热到该两相区温度范围900~1000℃，保温20~120分钟，以正常的固溶处理方式完成固溶。通过以上方式，就获得了一种半等轴α相，等轴α相被极细的β转变组织分割，形成一种即为等轴α相，α相又被片层分割的组织形态，该组织形态的TA19钛合金具有极好的塑韧性与断裂韧性的配合。

与现有技术相比，本发明中的组织控制方案来源于微区成分对相变过程的影响机理，通过加热方式，改变微区成分的分布，通过快速冷却，控制微区成分的扩散，由于TA19钛合金组织成分之间的关系，实现了获得一种半等轴α相，等轴α相被极细的β转变组织分割，形成一种即为等轴α相，但α相又被片层分割的组织形态，具有极好的塑韧性与断裂韧性的配合。

附图说明

图1 为双相钛合金典型组织；

其中：（a）等轴组织，（b）网篮组织，（c）双态组织，（d）魏氏组织；

图2为光学金相组织；

图3为进一步放大的扫描电镜图像（SEM）；

图4为片层区域放大TEM图像。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将通过附图对发明作进一步地详细描述。

实施例：

参照图1至图4，针对500mm长，20mm×10mm的矩形截面Ti合金型材，利用高频加热方式连续加热，型材通过感应线圈后立刻冷去，在通过线圈将其加热到1030℃以上，离开感应线圈后立刻利用高压空气快速冷却。将冷却后的加热到固溶温度范围960℃，保温60分钟后通过快速淬火到室温完成固溶，即可获得上述组织，再经过常规的时效处理，可获得极好的塑韧性与断裂韧性的配合的材料，其中断裂韧性高于原等轴组织，塑性指标，断面收缩率高于原魏氏组织。

图2为光学金相；图2a为等轴状TA19原材料组织，图2b为加热到β相变点以上冷却下来，全部转变为片层状魏氏组织。图2c为采用本方法所得的魏氏组织中间分布白色等轴状α相的组织，其中相对于图2a的等轴组织，其边界明显模糊，等轴α相细化。

图3为进一步放大的扫描电镜图像（SEM），图3a为常规TA19等轴组织，图3b为本方法所得组织，其中魏氏组织片层伸入等轴α相中消失，等轴α相局部被细小片层分割。片层区域放大如图4所示，图4a为原等轴或魏氏组织中的片层，片层粗大且明显，图4b为本办法所得组织等轴α相中微区组织，从图中可观察到极细的片层在分割等轴α相，这导致原有等轴化的α相被分割呈半等轴状态。