一种提高厚截面或变截面Ti6246合金锻件性能稳定性的热处理工艺

摘要

本发明公开了一种提高厚截面或变截面Ti6246合金锻件性能稳定性的热处理工艺，其特征在于是将Ti6246合金锻件加热至β转变温度以下30～60℃保温1～3h后出炉油冷或水冷，随后将锻件加热至720～760℃热透后保温6～8h，出炉空冷，最后将锻件加热至580～610℃热透后保温6～10h后出炉空冷。当锻件厚度在100～200mm之间时，任意位置室温拉伸强度的最大值与最小值的差异不高于100Mpa；当锻件厚度小于100mm时任意位置室温拉伸强度的最大值与最小值的差异不高于60Mpa。

说明书

技术领域

本发明属于钛合金技术领域，具体涉及到一种提高厚截面或变截面Ti6246合金锻件性能稳定性的热处理工艺。

背景技术

Ti6246钛合金属于α+β型两相钛合金，名义成分为Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo，主要用于制造燃气涡轮发动机的压气机叶盘和风扇叶片等中温部件。Ti6246合金具有良好的热加工工艺性能，既可以在α+β两相区加工，也可在β相区加工,α+β两相热加工和热处理的显微组织为在β转变组织的基体上存在等轴的初生α相；β相区热加工的显微组织为网篮组织。相比于其他的两相钛合金，如TC4、BT25合金等，Ti6246合金具有更高的强度和韧性，但是由于合金中Mo含量较高，使其高温蠕变性能较差，因此，该合金通常采用β锻以得到网篮组织。

Ti6246合金的传统热处理工艺为相变点一下20～50℃保温1～3h后风冷，然后再在580～610℃保温4～10h后空冷。由于钛合金导热性较差，风冷后合金表面和芯部的组织存在较大差异，影响锻件组织及性能的均匀性。因此需要设计一种新的热处理工艺，以减小锻件表面和芯部的组织及性能差异，提高锻件的综合力学性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决厚截面或变截面Ti6246合金大规格锻件不同部位的性能差异大，锻件中心位置强度偏低等问题，结合Ti6246合金成分特点、相变和板条α相晶粒长大规律，提供一种提高厚截面或变截面Ti6246合金锻件性能稳定性的热处理工艺，具体技术方案如下：

一种提高厚截面或变截面Ti6246锻件性能稳定性的热处理工艺，包括如下步骤：

步骤1)Ti6246锻件在β转变温度以下30～60℃进行固溶处理，出炉后油冷；

步骤2)然后将锻件在720～760℃热透后保温6～10小时候空冷；

步骤3)最后锻件在580～610℃热透后保温6～8小时后空冷。

所述一种提高厚截面或变截面Ti6246合金锻件性能稳定性的热处理工艺，其优选方案为所述Ti6246合金的锻件为β相区热加工锻件，且锻件最大厚度不高于200mm。

所述一种提高厚截面或变截面Ti6246合金锻件性能稳定性的热处理工艺，其优选方案为所述Ti6246合金铸件的成分为：Al：5.5～6.5；Mo：5.5～6.5；Zr：3.5～4.5；Sn：1.75～2.25，其余为Ti和不可避免的杂质元素。

所述一种提高厚截面或变截面Ti6246合金锻件性能稳定性的热处理工艺，其优选方案为：当所述Ti6246合金锻件厚度在100～200mm之间时，任意位置室温拉伸强度的最大值与最小值的差异不高于100Mpa；当所述Ti6246合金锻件厚度小于100mm时任意位置室温拉伸强度的最大值与最小值的差异不高于60Mpa。

本发明的有益效果：

本发明可以减小大尺寸厚截面或变截面Ti6246钛合金锻件不同位置的组织差异，提高锻件性能稳定性和一致性，锻件任意位置的室温拉伸强度差异大幅度减小，进一步提升锻件的整体寿命。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例1锻件截面示意图；

图2为本发明实施例1锻件热处理后表面显微组织照片；

图3为本发明实施例1锻件热处理后中心显微组织照片；

图4为本发明实施例2锻件截面示意图；

图5为本发明实施例2锻件热处理后表面显微组织照片；

图6为本发明实施例2锻件热处理后中心显微组织照片；

图7为本发明实施例3锻件截面示意图；

图8为本发明实施例3锻件热处理后轮毂中心显微组织照片；

图9为本发明实施例3锻件热处理后辐板中心显微组织照片；

图10为本发明实施例3锻件热处理后轮缘中心显微组织照片。

具体实施方式

实施例1：

本实施例所用材料是规格为直径1100mm，厚度为200mm的Ti6246合金盘锻件，其成分为Ti-6.17Al-2.01Sn-3.96Zr-4.01Mo，其余为Ti和不可避免的杂质元素，金相法检测其合金相变点为970℃；

1)首先将Ti6246合金锻件加热至935℃保温2h后出炉油冷；

2)将步骤1)所得锻件在760℃条件下保温10h，随后出炉空冷；

3)最后将步骤2)所得锻件在590℃条件下保温6h，随后出炉空冷。

对热处理后的锻件进行显微组织分析，锻件显微组织为一种包含粗片层和细片层以及β转变组织的混合组织，粗片层含量约为12％，平均长径比约为5，锻件表面组织和中心组织没有明显差异。对锻件进行室温拉伸性能测试，表1所列为测试结果及其同传统热处理工艺锻件的对比。从表中可以看出，实施例锻件强度最高值在锻件表面处，为1411MPa，强度最低值为1388MPa，在锻件中心；最高值和最低值相差23MPa，同对比锻件相比，其力学性能的一致性得到了较大的提升。

表1 Ti6246锻件不同位置的室温拉伸性能

实施例2：

本实施例所用材料为直径900mm，厚度100mm的钛合金盘锻件，其化学成分为Ti-6.12Al-1.99Sn-3.97Zr-4.09Mo，其余为Ti和不可避免的杂质元素，金相法检测合金的相变点为963℃；

1)首先将Ti6246合金锻件加热至930℃保温2h后出炉油冷；

2)将步骤1)所得锻件在755℃条件下保温10h，随后出炉空冷；

3)最后将步骤2)所得锻件在590℃条件下保温6h，随后出炉空冷。

锻件热处理后进行显微组织分析，锻件显微组织为粗片层+细片层+β转变组织的三态组织，粗片层含量约为13％平均长径比约为5，锻件表面和中心的组织没有明显差异。对锻件进行室温拉伸性能测试，表2所列为测试结果及其同传统热处理工艺锻件的对比。从表中可以看出，实施例锻件强度最高值在锻件表面处，为1416MPa，强度最低值为1372MPa，在锻件中心；最高值和最低值相差44MPa，而对比锻件的强度差值超过100MPa，由此可见其力学性能的一致性得到了较大的提升。

表2 Ti6246锻件不同位置的室温拉伸性能

实施例3：

本实施例所用材料为直径900mm的变截面Ti60合金盘锻件；其不同位置的厚度如下：轮毂为65mm、辐板为45mm、轮缘为105mm；Ti6246合金盘锻件的成分为Ti-6.15Al-1.95Sn-4.03Zr-4.12Mo，其余为Ti和不可避免的杂质元素，金相法检测其合金相变点为965℃；

1)首先将Ti6246合金锻件加热930℃保温2h后出炉油冷；

2)将步骤1)所得锻件在860℃条件下保温10h，随后出炉空冷；

3)最后将步骤2)所得锻件在590℃条件下保温6h，随后出炉空冷。

对热处理后的锻件进行显微组织分析，锻件显微组织为锻件显微组织为一种包含粗片层和细片层以及β转变组织的混合组织，粗片层含量约为12％，平均长径比约为5，且锻件轮毂组织、辐板组织和轮缘组织具有较高的一致性。对锻件不同位置进行室温拉伸性能测试，测试结果如表2所示，强度最高处为辐板位置，最高值为1416MPa，强度最低值为轮缘位置，最低值为1375MPa，二者相差41MPa。同对比锻件相比，锻件各个位置的强度差异明显减小，性能一致性显著提升。

表3 Ti6246锻件不同位置的室温拉伸性能

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。