[发明专利]一种提高TC4-DT钛合金棒材两相区断裂韧性的方法

说明书

本发明公开了一种提高TC4‑DT钛合金棒材两相区断裂韧性的方法，该方法的具体过程为：将TC4‑DT钛合金棒材在温度为(T_β‑80)℃～(T_β‑20)℃的条件下保温1h～2h后炉冷，然后在温度为500℃～600℃的条件下保温4h～8h后空冷，得到热处理后的TC4‑DT钛合金棒材。本发明将TC4‑DT钛合金棒材在两相区进行固溶后炉冷再进行时效处理，使初生α相含量减少，次生α相的含量增多且组织粗化，裂纹在扩展过程中遇到较厚的片层α相改变扩展路径，同时消耗更多的能量，从而提高了TC4‑DT钛合金棒材的两相区的断裂韧性，最终实现了TC4‑DT钛合金棒材强度、塑性、断裂韧性的良好匹配，满足材料应用的需求。

技术领域

本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种提高TC4-DT钛合金棒材两相区断裂韧性的方法。

背景技术

航空航天工业的发展必须依靠先进材料的推动，近年来随着断裂力学和损伤容限理论的发展，飞机构件的设计准则发生改变，目前高损伤容限钛合金成为钛合金的一个重要研究领域，其中断裂韧性是材料损伤容限的表征之一。钛合金由于具有一系列的优点成为航空航天应用的首选材料。众多研究表明，钛合金片层结构具有好的损伤容限性能。因此，β锻造或β热处理工艺通常被作为高损伤容限性能的加工方法，但片层组织由于具有粗大的晶粒使合金的塑性下降。实验表明，β晶粒内部片层厚度和晶团尺寸会影响合金的损伤容限性能，片层厚度增大会导致裂纹在扩展过程中偏转方向，晶团尺寸及位向改变也会导致裂纹的偏转，裂纹在扩展过程中的偏转会消耗更多能量，因此导致了高的断裂韧性和低的裂纹扩展速率。

为了获得高的损伤容限性能，传统的TC4-DT钛合金的热处理方法主要是将试样在β相区进行固溶处理，通过获得的片层组织来提高合金的断裂韧性，但粗大的片层组织会导致拉伸塑性的明显降低，造成材料塑性的损失。某发动机叶片对所使用的TC4-DT合金性能提出了更高的要求，要求合金组织为等轴组织，且断裂韧性要求在80MPa.m^1/2以上，这对合金的组织与性能匹配提出了更高的要求。因此如何通过调整TC4-DT钛合金显微组织，实现材料在强度、塑性不损失的情况下提高TC4-DT钛合金的断裂韧性，从而达到TC4-DT钛合金强度-塑性-韧性的良好匹配，已成为TC4-DT钛合金加工关键技术的重要组成部分。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种提高TC4-DT钛合金棒材两相区断裂韧性的方法。该方法将TC4-DT钛合金棒材在两相区进行固溶后炉冷再进行时效处理，使初生α相含量减少，次生α相的含量增多且组织粗化，裂纹在扩展过程中遇到较厚的片层α相改变扩展路径，同时消耗更多的能量，从而提高了TC4-DT钛合金棒材的两相区的断裂韧性，最终实现了TC4-DT钛合金棒材强度、塑性、断裂韧性的良好匹配，满足材料应用的需求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种提高TC4-DT钛合金棒材两相区断裂韧性的方法，其特征在于，该方法的具体过程为：将TC4-DT钛合金棒材在温度为(T_β-80)℃～(T_β-20)℃的条件下保温1h～2h后炉冷，然后在温度为500℃～600℃的条件下保温4h～8h后空冷，得到热处理后的TC4-DT钛合金棒材；所述T_β为TC4-DT钛合金棒材的β相转变温度，T_β的单位为℃；所述TC4-DT钛合金棒材经锻造得到，所述锻造的终火次温度在两相区温度内。

上述的一种提高TC4-DT钛合金棒材两相区断裂韧性的方法，其特征在于，所述TC4-DT钛合金棒材在温度为(T_β-70)℃～(T_β-30)℃的条件下保温1h～2h后炉冷，然后在温度为520℃～580℃的条件下保温5h～8h后空冷。