[发明专利]一种制备多尺度多组态双相钛合金组织的热加工方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种金属材料的加工方法，特别是双相钛合金的热加工方法。

背景技术：

钛合金具有较高的比强度，良好的耐蚀性和化学稳定性，大量应用于航天航空领域，生物医学领域和汽车工业领域等等。在不同种类的钛合金中，双相钛合金应用最广泛，使用量最大。大量的已有研究发现，细化钛合金组织能够大大提高钛合金的强度、疲劳性能及可加工性，可以有效的降低钛合金使用成本。

目前，已报到(已公开)的钛合金组织细化方法主要分为两大类：即大塑性变形法和β单相区热处理预制亚稳相细化法。例如，北京理工大学的李洪洋等提出了利用扭转和剪切变形复合的大塑性变形(中国发明专利，公告号CN102234752B)，通过对钛合金进行多道次的大变形加工，促使α相发生细化，最终实现钛合金组织的细化。中南大学的刘彬等提出了利用α"斜方马氏体微结构制备超细晶钛合金的方法(中国专利，公告号CN104451490A)，通过将双相钛合金在β相区长时间保温(1-4h)后进行水淬的热处理工艺，制备斜方马氏体亚稳相，然后对含亚稳相的双相钛合金进行热变形及退火处理，并最终获得钛合金的细化组织。日本东北大学的Hiroaki Matsumoto等提出了利用α'斜六方马氏体亚稳相细化双相钛合金的方法(美国专利，公告号US20150159252)，获得了0.5μm左右的钛合金细化组织。以上方法中，大塑性变形法加工工艺繁琐，效率较低，不适合制备大尺寸产品。预制亚稳相细化法加工流程复杂，而且由于亚稳相自身的不稳定性，加工难度较大，不利于获得稳定的细化组织。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种工艺流程简单，易于控制，耗能低，效率高的制备多尺度多组态双相钛合金组织的热加工方法，本方法主要是通过控制两相比例，促使热变形过程中的等轴初始α相发生β相变，并最终形成超细化的两相板条组织。

本发明所解决的技术问题采用以下方案来实现。

一种制备多尺度多组态双相钛合金组织的热加工方法，包括以下步骤：

1)在惰性气体氩气的环境下，将待加工双相钛合金以20-30℃/s加热到900-960℃，保温20-40s，可有效控制双向钛合金中的α相和β相比例，使两相比例达到α相占60-70％，晶间β相占30-40％，为热变形进行组织准备。

2)采用10-15s^-1的应变速率和50-60％的变形量进行高温塑性变形处理，变形结束后进行冷速为200-300℃/s的喷水冷却至室温，获得所述的双相钛合金细化组织。

本发明的工作原理：

通过短时加热保温，可以有效控制双相钛合金中的α相和β相比例，使两相能共同协调热变形。在两相区采用较高的变形速度，较大的变形量进行热变形，促使等轴初始α相发生β相变，最终获得等轴α相转变为两相板条构成的细化组织。同时，在水淬过程中β板条内发生冷却相变，形成更加精细的α针状亚稳相。通过以上过程，可最终获得一种具有多尺度多组态结构的双相钛合金细化组织。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、在本发明中，对于双相钛合金的成分无特殊限制，适用范围更广泛。

2、热加工工艺简单，易于控制，无需对钛合金进行多次加热，只需对双相钛合金进行一次热加工即可达到细化组织的目的，显著降低能耗、效率高。

3、细化后的组织尺寸较小，且具有多尺度和多组态结构(两相交替存在的层片结构及更精细的α针状结构)，后续的可加工性好。

附图说明：

图1为实施例1制备的多尺度多组态TC4合金的EBSD图。

图2为实施例2制备的多尺度多组态TC4合金的EBSD图。

具体实施方式：

实施例1：

在以氩气为保护气的环境下，将厚度为2mm的TC4双相钛合金板材以25℃/s加热到950℃并保温40s，使两相比例α相占60％，晶间β相占40％，而后快速送入轧机进行轧制，迅速进行压下量为1mm的压缩变形，变形应变速率为10-12s^-1，热变形结束后喷水冷却，将钛合金板材从950℃，以200-250℃/s的冷速冷却至室温。图1为变形后TC4钛合金微观组织图。测量α板条宽度约为0.29μm，发现钛合金组织细化效果较好，同时具有多尺度多组态结构。

实施例2：