[发明专利]利用脉冲电流促进两相钛合金带材相变强韧化方法及带材

说明书

技术领域

本发明涉及两相钛合金带材的脉冲电流相变强韧化在线处理技术，特别是一种具有良好综合力学性能的两相TC4钛合金带材的脉冲电流在线处理工艺，及通过脉冲电流相变强韧化在线处理工艺能获得具有良好综合力学性能的TC4两相钛合金带材。

背景技术

随着世界性的能源危机和环境污染问题日趋严重，为了降低能耗和减少机动机械尾气排放造成的环境污染，在航空、航天和汽车等领域，结构轻量化所带来的效益十分显著，包括可以提高飞行器和机动车辆的机动性，减少油耗，降低了对运送工具的要求和运送的费用。汽车、商（军）用飞行器是量大而广的交通工具，材料结构微小的改进，就会产生显著的经济效益。传统的结构材料（钢铁、铝等）在国民经济中面临节能、降耗、减排和环保的严峻形势。在这种情况下，应用和开发轻质结构材料钛合金，已成为近几年国内外研究和发展的热点和重点。

钛合金是一种重要的轻质结构材料，尤其是钛合金具有密度低、强度高、耐腐蚀性强、可焊、中温性能好和无磁等优点，使之在航空、航天、船舰、兵器、核能、交通运输产业、军事和电子、信息产业等领域有着广泛的应用。因此金属钛合金被誉为“21 世纪最重要的绿色工程材料”。

近年来，两相TC4钛合金作为最重要的王牌商业钛合金之一得到飞速的发展和广泛的应用，但TC4钛合金成形后回弹很大，尺寸控制十分困难，对成形尺寸的精度有很大影响。此外，钛合金板材冷成形时硬化比较严重要，摩擦系数大，与其它金属的亲和力强，成形中容易粘模、划伤，冲压性能较差等，因此在很大程度上限制了变形钛合金的进一步应用。如果对TC4钛合金进行适当的变形和后续热处理( 如高温完全退火)，可大幅度提高其综合力学性能，而这种更高强度、更多样化力学性能的TC4钛合金应具有更广泛的市场应用前景和更广阔的发展空间。

一般的两相TC4钛合金经过低温去应力退火后冷却至室温的组织由α-Ti准单相等轴组织组成，其中少量转变β-Ti以块状形式存在于晶界和晶粒交叉处，在晶团内部拥有细小的次生α-Ti相。转变贝塔相、初生等轴阿尔法相和次生阿尔法相的尺寸由具体的材料成分、热处理（加工）工艺、冷却工艺和冷却介质等因素有关。有研究报道，Ti-Al-V系列钛合金变形后再经过低温去应力退火热处理可使材料转变为以等轴阿尔法相为基体，同时在少量的残留贝塔相中以细小层片状或者等轴状的形式均匀、弥散分布于晶界和晶内，从而提高其强度和韧性。尽管如此，TC4钛合金经过上述处理后，仍然有大量粗大的等轴状α相以及抱团的转变β相晶块。拥有这种组织的TC4钛合金在后续变形或者在承受外部载荷的过程中，晶界处粗大的等轴状α-Ti和成团的转变β晶块处容易产生应力集中，形成裂纹源而产生裂纹，使材料过早的失效和不利于后续成型，因此α-Ti和β-Ti的数量、分布和形貌特征严重影响了TC4钛合金的力学性能。

很明显，如果要在此基础上进一步提高TC4钛合金的韧性和其后续成型能力，只有改善其中两相的分布和形貌使之朝有利于其韧性提高的方向发展，以期提高材料的综合力学性能。而传统的完全退火热处理工艺可在一定程度上提高TC4钛合金的塑性，但由于大量β-Ti自钛基体析出而会严重降低其强度。另外，由于钛合金中溶质原子在固相中扩散速度很慢，一般钛合金的完全退火处理工艺存在加热温度高(960℃以上)、保温时间长(视炉内批量的大小而定，一般数小时) 和能耗大等问题，由于加热温度高、保温时间长，钛合金的表面很容易氧化，特别是钛合金板、带材一旦出现局部表面氧化现象，后续处理很难去除氧化层，严重影响后续成型工序和最终产品的质量；同时在长时间高温情况下，TC4钛合金容易发生晶粒异常长大，直接导致材料内部晶粒尺寸严重不均匀，严重损害了材料的最终力学性能。再者，还必须严格控制钛合金的加热方式和加热速度等工艺，以防一旦加热方式和升温速度选择不当，将会产生材料内部温度不均、局部过烧，最终导致固溶处理后材料内部组织不均匀和力学性能不稳定的后果，所以影响传统热处理工艺的因素复杂，生产成本高。因此如何克服钛合金传统完全退火热处理工艺的不足，研究一种具有良好综合力学性能的TC4钛合金的新型高能电脉冲在线处理工艺就显得尤为重要。

发明内容

为了克服两相钛合金传统相变热处理工艺的上述不足，本发明提供一种利用脉冲电流促进两相钛合金带材相变强韧化方法及带材，经本发明方法处理的两相钛合金带材的显微组织得到明显的改善，其延伸率从准单相态的13.6％增加至两相态的31.6％以上，而抗拉强度没有明显的下降，同时有效避免了带材的氧化现象和电处理过程中的打火现象。