一种提高厚截面或变截面TC11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TC11合金锻件性能稳定性的热处理工艺，其步骤是将TC11合金锻件加热至970～990℃保温1～3h后出炉油冷，随后将锻件加热至870～890℃热透后保温8～16h，出炉空冷，最后将锻件加热至530～570℃热透后保温6～10h后出炉空冷；最后得到的锻件任意位置室温拉伸强度的最大值与最小值的差异不超过50Mpa。

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TC11合金锻件性能稳定性的热处理工艺。

背景技术

TC11钛合金属于(α+β)热强型钛合金，其名义成分为Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si。它具有比强度高，中温性能好，良好的耐蚀性，疲劳强度大等优点，由于含有β稳定元素，因此可通过热处理实现强化，主要被用来制造燃气涡轮发动机的高压压气机整体叶盘或叶片等部件。

随着我国航空工业的发展，对锻件的性能指标提出了更高的要求，需要锻件在经过热处理后整体性能满足技术指标。在传统热处理工艺条件下，由于钛合金锻件淬透性差的原因，当锻件截面厚度过大时，其表层和芯部的力学性能往往存在着较大的差异，材料强度从表面至中心呈逐件降低趋势，难以满足性能指标。因此，对现有的热处理工艺做出调整，减小锻件内外性能差异变得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决厚截面或变截面TC11合金大规格锻件不同部位的性能差异加大，锻件中心位置强度偏低等问题；现结合TC11合金成分特点、相变和板条α相晶粒长大规律，设计提供了一种提高厚截面或变截面TC11锻件性能稳定性的热处理工艺，具体方案如下：

一种提高厚截面或变截面TC11合金锻件性能稳定性的热处理工艺，包括如下步骤：

步骤1)TC11合金锻件在960～990℃进行固溶处理，出炉后油冷/水冷；

步骤2)然后将锻件在870～890℃热透后保温6～10小时后；

步骤3)最后锻件在530～570℃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TC11锻件性能稳定性的热处理工艺，其优选方案为所述TC11合金锻件为两相区热加工锻件，且锻件最大厚度不低于150mm。

所述一种提高厚截面或变截面TC11合金锻件性能稳定性的热处理工艺，其优选方案为所述TC11合金锻件的成分为：5.8～7.0Al-2.8～3.8Mo-0.8～2.0Zr-0.2～0.35Si，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TC11合金锻件性能稳定性的热处理工艺，其优选方案为TC11合金锻件任意位置室温拉伸强度的最大值与最小值的差异不高于50Mpa。

本发明的有益效果如下：

本发明可以减小大尺寸厚截面或变截面TC11钛合金锻件的不同位置的组织差异，提高锻件性能的稳定性和一致性，锻件任意位置的室温拉伸强度差异不超过50MPa。

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热处理后的TC11锻件表面的显微组织照片；

图3为本发明实施例1热处理后的TC11锻件中心的显微组织照片；

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热处理后的TC11锻件轮毂中心的显微组织照片；

图6为本发明实施例2热处理后的TC11锻件辐板中心的显微组织照片；

图7为本发明实施例2热处理后的TC11锻件轮缘中心的显微组织照片。

具体实施方式

实施例1：

本实施例所用材料是规格为直径850mm，厚度为150mm的TC11合金盘锻件，其成分为6.59Al-1.82Zr-3.46Mo-0.24Si，其余为Ti和不可避免的杂质元素，其合金相变点为1013℃；

1)首先将TC11合金锻件加热至975℃保温2h后出炉水冷；

2)将步骤1)所得锻件在870℃条件下保温8h，随后出炉油冷；

3)最后将步骤2)所得锻件在530℃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观察，锻件显微组织为初生α含量约10％的双态组织，对比锻件表面和中心的组织，可以看出两位置没有明显的组织差异。对锻件进行室温拉伸性能测试，其结果如表1所示。

实施例1锻件强度最高值出现在锻件表面附近，为1150MPa，强度最低值出现在锻件中心位置，为1119MPa；同状态下的TC11合金锻件经传统工艺热处理(双重退火)后，锻件表面强度在1170MPa以上，中心强度在1100MPa左右，对比可以看出传统热处理工艺下的锻件表面强度更高，但是中心强度较低，而实施例锻件表面和中心的力学性能差异较小，由此可以看出，新的热处理工艺可以显著提升锻件中心强度，并提高锻件的拉伸性能的一致性。

表1 TC11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其不同位置厚度不同的，直径为900mm的TC11合金盘锻件；其不同位置的厚度如下：轮毂为90mm、辐板为40mm、轮缘为65mm；TC11合金盘锻件的成分为6.61Al-1.75Zr-3.32Mo-0.23Si，其余为Ti和不可避免的杂质元素，其合金相变点为1007℃；

1)首先将TC11合金锻件加热至970保温2h后出炉油冷；

2)将步骤1)所得锻件在865℃条件下保温10h，随后出炉空冷；

3)最后将步骤2)所得锻件在530℃条件下保温6h，随后出炉空冷。

锻件经过热处理后，进行显微组织观察，图中可以看出锻件各个位置的显微组织没有明显差异，一致性较高。在锻件的轮毂、辐板及轮缘的厚度中心位置取样进行力学性能测试，并同传统热处理工艺下的锻件进行性能对比，结果如表2所示。

锻件强度最高值出现在辐板位置，为1144MPa，锻件轮毂和轮缘的强度没有明显差异。而对比锻件的辐板位置具有最高的强度，超过1150MPa，轮毂和轮缘的强度也略有差异，由此可以看出，新热处理工艺可以减小变截面锻件不同位置间的室温强度差异。

表2 TC11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。