一种提高厚截面或变截面Ti60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Ti60合金锻件性能稳定性的热处理工艺，其特征在于是将Ti60合金锻件加热至β转变温度以下20～40℃保温1～3h后出炉水冷，随后将锻件加热至990～1000℃热透后保温4～8h，出炉空冷，最后将锻件加热至680～720℃热透后保温6～8h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30Mpa。

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Ti60合金锻件性能稳定性的热处理工艺。

背景技术

随着航空发动机推力的增加，压气机的工作温度已经超过600℃，为满足我国航空发动机提高推重比的需求，采用高温钛合金代替高温合金已成为趋势，因此，研制满足600℃条件下使用的高温钛合金已经迫在眉睫。

Ti60高温钛合金是一种Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si-Ta-Nb系多元复合强化的近α型高温钛合金，它是我国自行研发设计的具有自主知识产权的600℃高温钛合金。该合金通过加入一定量的Ta、Nb、Mo三种高熔点元素，实现了集细晶强化、固溶强化和弥散强化于一体。但是在热处理过程中，该合金表现出淬透性差，锻件表层和中心力学性能存在较大差异，严重限制了该合金的推广和应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决厚截面或变截面Ti60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，结合Ti60合金成分特点、相变和板条α相晶粒长大规律；提供了一种提高厚截面或变截面Ti60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Ti60合金锻件性能稳定性的热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)Ti60合金锻件在β转变温度以下20～40℃进行固溶处理，出炉后水冷；

步骤2)然后将锻件在990～1000℃热透后保温4～8小时候水冷；

步骤3)最后锻件在680～720℃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Ti60合金锻件性能稳定性的热处理工艺，其优选方案为所述Ti60合金锻件为两相区热加工锻件，且锻件最大厚度不高于90mm，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30Mpa。

所述一种提高厚截面或变截面Ti60合金锻件性能稳定性的热处理工艺，其优选方案为所述Ti60合金的成分为：Al：5.2～6.2；Sn：3.0～4.5；Zr：2.5～4.0；Mo：0.45～1.0；Si：0.2～0.6；Ta：0.2～1.5；Nb：0.2～1.5；C：0.02～0.08。

本发明的有益效果：

本发明结合Ti60合金组织相变特点，通过对热处理工艺优化，减小大尺寸变截面或厚截面Ti60钛合金锻件不同位置的组织差异，提高锻件性能一致性，锻件不同位置的室温强度差异不超过30MPa。

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为实施例1锻件截面示意图；

图2为实施例1锻件热处理后表面显微组织照片；

图3为实施例1锻件热处理后中心显微组织照片；

图4为实施例2锻件截面示意图

图5为实施例2锻件热处理后轮毂中心显微组织照片；

图6为实施例2锻件热处理后辐板中心显微组织照片；

图7为实施例2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800mm，厚度为90mm的Ti60合金盘锻件，其成分为5.57Al-3.76Sn-3.38Zr-0.7Mo-0.35Si-1.01Ta-0.4Nb-0.058C，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1042℃；

1)首先将Ti60合金锻件加热至1010℃保温2h后出炉水冷；

2)将步骤1)所得锻件在992℃条件下保温4h，随后出炉空冷；

3)最后将步骤2)所得锻件在700℃条件下保温6h，随后出炉空冷。

锻件热处理后进行微观组织分析，结果显示锻件微观组织为混合组织，包含球状初生α，粗板条α及β转变组织，初生α含量约15％，粗板条α约占10％，平均长径比约为5，其余部分为β转变组织。锻件表面和中心组织相近，没有明显差异。对锻件进行室温拉伸性能测试，测试结果见表1。锻件强度最高值为1064MPa，最低值为1038MPa，锻件表面与锻件中心强度差为24MPa。锻件经过传统的双重退火热处理后，表面和芯部的室温拉伸强度差异超过40MPa。由此可见，新的热处理工艺可以显著缩小锻件表面和芯部的强度差异。

表1Ti60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800mm的Ti60合金盘锻件；其不同位置的厚度如下：轮毂为50mm、辐板为35mm、轮缘为80mm；Ti60合金盘锻件的成分为5.61Al-3.79Sn-3.41Zr-0.68Mo-0.34Si-0.97Ta-0.42Nb-0.056C，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1045℃；

1)首先将Ti60合金锻件加热至1015℃保温2h后出炉水冷；

2)将步骤1)所得锻件在962℃条件下保温4h，随后出炉水冷；

3)最后将步骤2)所得锻件在700℃条件下保温6h，随后出炉空冷。

锻件热处理后，分别在轮毂、辐板及轮缘处取样进行组织分析及室温拉伸性能测试。组织分析结果如图所示，从图中可以看出，锻件微观组织为混合组织，包含15％的球状初生α，10％的粗板条α及β转变组织，粗板条α的平均长径比约为5；锻件各个位置组织差异不大，一致性较好。室温拉伸结果见表2，实施例锻件的轮毂和辐板室温拉伸性能基本保持一致，比轮毂位置高约10MPa，锻件整体力学性能的一致性较高。对比锻件经过双重退火后，不同位置表现出了相对较大的性能差异，辐板的室温拉伸强度超过1070MPa，而轮缘位置的室温强度约为1020MPa，二者相差约50MPa，由此可见，实施例2锻件具有更好的性能稳定性。

表2Ti60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。