[发明专利]一种提高钛合金疲劳性能的多级热处理工艺

说明书

一种提高钛合金疲劳性能的多级热处理工艺，通过在高温β相区进行短时保温将所有α相钛合金转变为β相，同时将晶粒的长度尺寸控制在100μm以下，获得全β组织；然后降温至α+β相区并保温，使得合金中β晶粒中析出片状初生α相，控制单个α相长度尺寸以及α相的整体体积百分含量；再通过高频感应对钛合金进行加热使钛合金温度沿钛合金厚度方向由表面至心部呈连续梯度分布，再淬火保持其结构形态；最后将上述钛合金加热至α+β相区温度并保持，使得钛合金表层全β相晶内形成并析出能使合金表面硬度大幅提高的呈弥散分布且尺寸为纳米级的ω相，再通过淬火，将具有ω相的钛合金进行形态保持。本发明的热处理工艺能极大提高合金的疲劳抗力，从而提高其疲劳性能。

技术领域

本发明涉及金属材料加工领域，具体为一种提高钛合金疲劳性能的热处理方法。

背景技术

随着科学技术的发展以及能源危机的冲击，现代工业对高强轻质材料的需求日益迫切，而钛合金以其优异的性能得到了迅速的发展，对钛合金的需求主要包括航空航天、国防军事、能源等领域，其中，航空航天是钛合金用量最大的领域，美国的第四代战斗机F22的用钛量占全机质量的41％，国内计划研发的大客机用钛量计划在10％左右，大型运输机用钛量可能达到15％左右，这些使得整个钛工业一直处于稳定增长态势，钛合金也成为了各国的研究热点和发展重点。

然而，在在重大工程领域应用很广的钛合金，其服役条件十分苛刻，疲劳失效往往造成巨大损失，在电力行业中，汽轮机叶片疲劳断裂事故甚至占汽轮机事故总数的首位。而在航空发动机中压气机的钛合金叶片在飞机的一次起飞-巡航-降落过程中，承受着巨大的交变载荷，极易引起疲劳损伤，这类型的疲劳失效约占航空发动机全部构件损伤的49％，且在高推重比的航空发动机对高性能钛合金的要求甚至更加严苛。近年来，我国许多机构对钛合金进行了多方面的研究，取得了很大进展。但总的来看，我国的钛合金研究应用水平，与欧美俄等国家相比仍然存在有一定差距，因此有必要加强我国钛合金科学和技术的研究。

G.Q.Wu等研究了显微组织对Ti-6Al-4V合金疲劳性能的影响，发现了该合金的疲劳强度随着双态组织、魏氏体组织、等轴组织的顺序降低，对α相十分敏感。W.Chen等研究了微合金化对钛合金疲劳性能的影响，发现Ti-6Al-4V合金中加入0.1％的硼元素能提高其疲劳寿命。另外，还有一些证据证明，钛合金的热加工工艺、晶界形态等都将对合金的疲劳性能产生巨大影响。此外，学者们还研究了表面涂层、显微织构、载荷方式等对钛合金疲劳性能的影响，取得了一定的成果。但是目前相对于其它科学技术发达的国家，我国对钛合金的性能稳定性控制技术还缺乏系统深入的研究工作。随着钛合金在各行各业中的应用与发展，其疲劳性能的提升显得十分必要和迫切。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种提高钛合金疲劳性能的多级热处理工艺，以有效提高钛合金疲劳性能，来解决上述技术背景中的缺陷。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种提高钛合金疲劳性能的多级热处理工艺，该热处理工艺以α+β相钛合金及近β相钛合金为原料进行热处理加工，其加工时，钛合金料被预加工为长、宽、高均小于7cm的钛合金矩形块或者直径小于7cm的钛合金球，优选为5cm*5cm*5cm的正方体钛合金块或者直径为5cm的钛合金球。