通过多尺度非均质α相析出提升Ti-575双相钛合金强塑匹配的热处理方法

本发明属于钛合金组织调控，具体涉及一种通过多尺度非均质α相析出提升ti-575双相钛合金强塑匹配的热处理方法。

背景技术：

1、相比较合金钢等金属材料，钛及钛合金具有比强度高、密度低、耐腐蚀性好等一系列独特优势，已成为航空航天、船舶、化工等国民经济重要领域的支柱材料之一。航空航天等尖端领域进一步发展，对钛合金的力学性能提出了更高指标。ti-575合金是在tc4基础上开发的新型α+β双相钛合金，具备更加优异的疲劳性能，是用于制造航空发动机叶盘的理想材料，然而其组织敏感性高，强韧化热处理工艺不成熟等缺点制约了其大规模应用。依托传统的tc4热处理工艺对ti-575进行组织调控，可获得魏氏组织和双态组织。ti-575魏氏组织强度低，塑性较差。双态组织相较魏氏组织塑性有所改善，但强度仍然有所不足，均难以满足实际应用需求。因此，一种能同步提升强度、塑性的ti-575双相钛合金组织调控工艺亟待开发。

2、在钛合金中，等轴初生α相为塑性控制单元，而β基体上的α析出相为强度控制单元。对初生α相以及α析出相的尺寸、形态、体积分数比进行调控，利用多层次多尺度的α组织同步提升钛合金强塑性是当前的研究与应用热点。然而，现有获得多层次组织的方法往往难以兼顾工艺性与性能稳定性。例如专利[cn114752847]通过前处理-热轧-后处理，在ta19钛合金内调制出由大α晶粒、小等轴α晶粒、片层α和弥散α组成的多层次α组织，协同优化合金力学性能。其加工工艺复杂，且钛合金组织对变形参数敏感，获得的多层次组织不稳定，性能波动大。

技术实现思路

1、针对钛合金强塑匹配不足以及现有发明生产效率低、组织不稳定等问题，本发明提供了一种通过多尺度非均质α相析出提升ti-575双相钛合金强塑匹配的热处理方法。旨在通过简单的三步热处理，在ti-575合金内稳定的调控出多尺度非均质三级α组织，从而实现ti-575强度与塑性的稳定提升。

2、为了实现上述目的，本发明具体采用了如下技术方案。

3、提供一种通过多尺度非均质α相析出提升ti-575双相钛合金强塑匹配的热处理方法，包括如下步骤：

4、步骤1：一级固溶处理：在β相变点以下50~70℃进行一级固溶处理，保温一段时间，而后强风冷；

5、步骤2：二级固溶处理：在β相变点以下140至180℃进行二级固溶处理，保温一段时间，而后以3~6℃/min冷却速度炉冷至700℃，而后强风冷；

6、步骤3：三级时效处理：在β相变点以下380℃至420℃进行三级时效处理，保温一段时间，而后空冷。

7、作为本发明的进一步说明，通过所述一级固溶处理，将所述双相钛合金等轴初生αp相体积分数控制在12~19%，尺寸控制在6~8μm。

8、作为本发明的进一步说明，通过所述二级固溶处理，在不改变所述等轴初生αp相体积分数与尺寸的前提下，在亚稳β基体内析出45~55%体积分数的微米片状次生αs相。

9、作为本发明的进一步说明，通过所述三级时效处理，在不改变所述次生αs相体积分数与尺寸的前提下，在剩余亚稳β相内析出7~12%体积分数的纳米针状三级αt相。

10、作为本发明的进一步说明，所述一级固溶处理的温度为850℃至870℃，保温时间为0.5~1h。

11、作为本发明的进一步说明，所述二级固溶处理的温度为740℃至780℃，保温时间为10~15min。

12、作为本发明的进一步说明，所述三级时效处理的温度为500℃，保温时间为6~8h。

13、作为本发明的进一步说明，所述ti-575双相钛合金为ti-5.3al-7.7v-0.5si或ti-575改性合金。

14、本发明与现有技术相比具有以下优点：

15、本发明提供的通过多尺度非均质α相析出提升ti-575双相钛合金强塑匹配的热处理方法，最终在ti-575合金内调制出由12~19%微米等轴αp，45~55%微米片层αs，以及3~8%纳米针状αt组成三级非均质α组织。在拉伸过程中，纳米针状三级αt与β基体间存在大量相界，严重阻碍位错运动，强化β基体并大幅度提升钛合金拉伸强度；微米二级αs群落与β基体满足burgers取向关系，在保留部分强化效果的同时，利于位错通过αs/β界面，为αt内塞积的位错提供额外通道；此外，一级等轴初生αp相与二级αs群落均属于容易变形的软质相，在拉伸过程中被扭折破碎，破坏高应变带的连续性，释放应力集中，在不降低强度同时改善ti-575合金塑性。多尺度非均质α组织协同作用，实现ti-575钛合金优秀的强塑匹配性能。

16、本发明提供的通过多尺度非均质α相析出提升ti-575双相钛合金强塑匹配的热处理方法，无需施加额外的热变形，避免了变形处理工艺波动而导致的组织不稳定问题；且仅需通过三级热处理即可实现，生产效率高，可批量调控多尺度组织。该发明不仅可用于ti-575合金，也可用于其他近α钛合金，双相钛合金乃至亚稳β钛合金，具备广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种通过多尺度非均质α相析出提升ti-575双相钛合金强塑匹配的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的通过多尺度非均质α相析出提升ti-575双相钛合金强塑匹配的热处理方法，其特征在于，通过所述一级固溶处理，将所述双相钛合金等轴初生αp相体积分数控制在12~19%，尺寸控制在6~8μm。

3.根据权利要求2所述的通过多尺度非均质α相析出提升ti-575双相钛合金强塑匹配的热处理方法，其特征在于，通过所述二级固溶处理，在不改变所述等轴初生αp相体积分数与尺寸的前提下，在亚稳β基体内析出45~55%体积分数的微米片状次生αs相。

4.根据权利要求3所述的通过多尺度非均质α相析出提升ti-575双相钛合金强塑匹配的热处理方法，其特征在于，通过所述三级时效处理，在不改变所述次生αs相体积分数与尺寸的前提下，在剩余亚稳β相内析出7~12%体积分数的纳米针状三级αt相。

5.根据权利要求1所述的通过多尺度非均质α相析出提升ti-575双相钛合金强塑匹配的热处理方法，其特征在于，所述一级固溶处理的温度为850℃至870℃，保温时间为0.5~1h。

6.根据权利要求1所述的通过多尺度非均质α相析出提升ti-575双相钛合金强塑匹配的热处理方法，其特征在于，所述二级固溶处理的温度为740℃至780℃，保温时间为10~15min。

7.根据权利要求1所述的通过多尺度非均质α相析出提升ti-575双相钛合金强塑匹配的热处理方法，其特征在于，所述三级时效处理的温度为500℃，保温时间为6~8h。

8.根据权利要求1所述的通过多尺度非均质α相析出提升ti-575双相钛合金强塑匹配的热处理方法，其特征在于，所述ti-575双相钛合金为ti-5.3al-7.7v-0.5si或ti-575改性合金。

技术总结
本发明公开了一种通过多尺度非均质α相析出提升Ti‑575双相钛合金强塑匹配的热处理方法，包括以下步骤：在β相变点以下50~70℃进行一级固溶处理，保温一段时间，而后强风冷；在β相变点以下140℃至180℃进行二级固溶处理，保温一段时间后，以3~6℃/min冷却速度炉冷至700℃，而后强风冷；在β相变点以下380℃至420℃进行三级时效处理，保温一段时间，而后空冷。本发明通过三步热处理，在钛合金内调制出由12~19%微米尺度等轴α<subgt;p</subgt;，45~55%微米尺度片层α<subgt;s</subgt;，以及7~12%纳米尺度针状α<subgt;t</subgt;组成的三级非均质α组织，大幅提升Ti‑575合金强塑匹配。

技术研发人员：唐斌,戴锦华,刘凯华,孙峰,王军,李金山
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15