一种提高TC11钛合金综合力学性能的三重热处理工艺

技术领域

本发明属于金属热处理技术领域，具体涉及一种提高TC11钛合金综合力学性能的三重热处理工艺。

背景技术

随着我国航空航天事业的快速发展，对航空发动机综合性能的要求日益提高。钛合金的应用能有效减轻发动机的质量，提高推重比以及延长服役寿命。TC11钛合金是一种综合性能优良的Ti-Al-Mo-Zr-Si系马氏体型热强钛合金，该合金在500～550℃下具有室温性能、断裂韧性、疲劳和蠕变性能的良好匹配，能够解决国内在研发发动机压气机整体叶盘的超温问题，填补我国航空发动机在500℃～550℃温度范围内整体叶盘钛合金材料的空缺，具有重大的工程应用意义。

目前，现有技术公开了一些钛合金铸件热处理工艺的技术方案，例如申请公布号CN114774816A的中国专利申请，公开了一种TC11钛合金铸件的热处理工艺：将TC11钛合金铸件加热至T

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TC11钛合金综合力学性能的三重热处理工艺。该工艺依次对TC11钛合金进行固溶处理、预时效处理和时效处理的三重热处理工艺，通过控制三重热处理工艺的温度和时间，很好地控制了组织演变过程，获得尺寸细小、分布均匀且弥散的α相组织，有效改善了TC11钛合金的综合力学性能，尤其是大幅提高了TC11钛合金的强度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种提高TC11钛合金综合力学性能的三重热处理工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：

步骤一、将TC11钛合金放置在温度为940℃～950℃的热处理炉中保温2.5h～3h进行固溶处理，出炉空冷；

步骤二、将步骤一中空冷后的TC11钛合金放置在温度为380℃～400℃的热处理炉中保温8h～10h进行预时效处理，出炉空冷；

步骤三、将步骤二中空冷后的TC11钛合金放置在温度为550℃～580℃的热处理炉中保温4h～6h进行时效处理，出炉空冷。

本发明先将TC11钛合金在(α+β)/β转变温度以下即940℃～950℃下保温2.5h～3h进行固溶处理并出炉空冷，冷却过程中不发生切变性质的马氏体相变，而发生β相→α相扩散转变，且生成的α相都呈片条状；然后在较低的温度下即380℃～400℃下保温8h～10h进行预时效处理并出炉空冷，由于预时效处理的温度较低，TC11钛合金组织中的α相无法形核，但过渡相β'或ω可以弥散形核，发生β相向β'或ω过渡相的转变，在后续550℃～580℃下保温4h～6h进行时效处理过程中，已转变的β'或ω过渡相为α相的形核提供了高密度的形核位置，最终获得比单重固溶所形成的α相组织更加均匀、细小与弥散，纳米析出相的弥散分布同时用作位错源和障碍物，从而导致了可持续的自硬化变形机制，提高了延展性和强度。综上，本发明采用三重热处理比双重热处理更加有效地提高了TC11钛合金的综合力学性能。

上述的一种提高TC11钛合金综合力学性能的三重热处理工艺，其特征在于，步骤一中将TC11钛合金放置在温度为950℃的热处理炉中保温3h进行固溶处理，出炉空冷。

上述的一种提高TC11钛合金综合力学性能的三重热处理工艺，其特征在于，步骤二中将将步骤一中空冷后的TC11钛合金放置在温度为400℃的热处理炉中保温10h进行预时效处理，出炉空冷。

上述的一种提高TC11钛合金综合力学性能的三重热处理工艺，其特征在于，步骤三中将步骤二中空冷后的TC11钛合金放置在温度为580℃的热处理炉中保温6h进行时效处理，出炉空冷。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明依次对TC11钛合金进行固溶处理、预时效处理和时效处理的三重热处理工艺，通过控制三重热处理工艺的温度和时间，很好地控制了组织演变过程，获得尺寸细小、分布均匀且弥散的α相组织，有效改善了TC11钛合金的综合力学性能，尤其是大幅提高了TC11钛合金的强度。

2、本发明的三重热处理工艺简单，易于操作，且流程少，耗时短，解决了TC11钛合金铸件组织调控困难的问题。

3、本发明经三重热处理工艺后的TC11钛合金的抗拉强度为1165MPa～1166MPa，屈服强度为1020MPa～1024MPa，断后伸长率为12.5％～13％，断面收缩率为47％～51％，较常规固溶时效热处理后TC11钛合金的综合力学性能有所提高。

下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1中经三重热处理后的TC11钛合金的显微组织图。

图2为本发明对比例1中经热处理后的TC11钛合金的显微组织图。

图3为本发明实施例2中经三重热处理后的TC11钛合金的显微组织图。

图4为本发明对比例2中经热处理后的TC11钛合金的显微组织图。

图5为本发明实施例1～2中经三重热处理后的TC11钛合金及对比例1～2中经热处理后的TC11钛合金的室温拉伸应力应变曲线图。

具体实施方式

实施例1

本实施例包括以下步骤：

步骤一、将TC11钛合金放置在温度为940℃的热处理炉中保温2.5h进行固溶处理，出炉空冷；

步骤二、将步骤一中空冷后的TC11钛合金放置在温度为380℃的热处理炉中保温8h进行预时效处理，出炉空冷；

步骤三、将步骤二中空冷后的TC11钛合金放置在温度为550℃的热处理炉中保温4h进行时效处理，出炉空冷。

对比例1

本对比例包括以下步骤：

步骤一、将TC11钛合金放置在温度为940℃的热处理炉中保温2.5h进行固溶处理，出炉空冷；

步骤二、将步骤一中空冷后的TC11钛合金放置在温度为550℃的热处理炉中保温4h进行时效处理，出炉空冷。

图1为本发明实施例1中经三重热处理后的TC11钛合金的显微组织图，从图1可以看出，该经三重热处理后的TC11钛合金为典型的具有多态的混合组织：24％初生α相+8％片层次生α相+68％时效β转变组织。

图2为本发明对比例1中经热处理后的TC11钛合金的显微组织图，从图2可以看出，采用对比例1中传统的固溶+时效热处理后的TC11钛合金组织为双态组织。

将图1与图2进行比较可知，本发明的三重热处理能够对TC11钛合金的初生α相和β转变组织的含量和形态进行有效调控，该混合组织状态下TC11钛合金的力学性能与传统热处理工艺处理得到的TC11钛合金相比，室温抗拉强度、屈服强度、伸长率以及断面收缩率均得到提高，主要力学性能对比测试结果见图5和表1。。

实施例2

本实施例包括以下步骤：

步骤一、将TC11钛合金放置在温度为950℃的热处理炉中保温3h进行固溶处理，出炉空冷；

步骤二、将步骤一中空冷后的TC11钛合金放置在温度为400℃的热处理炉中保温10h进行预时效处理，出炉空冷；

步骤三、将步骤二中空冷后的TC11钛合金放置在温度为580℃的热处理炉中保温6h进行时效处理，出炉空冷。

对比例2

本对比例包括以下步骤：

步骤一、将TC11钛合金放置在温度为950℃的热处理炉中保温3h进行固溶处理，出炉空冷；

步骤二、将步骤一中空冷后的TC11钛合金放置在温度为580℃的热处理炉中保温6h进行时效处理，出炉空冷。

图3为本发明实施例2中经三重热处理后的TC11钛合金的显微组织图，从图3可以看出，该热处理工艺下的合金为典型的具有多态的混合组织：22％初生α相+7％片层次生α相+70％时效β转变组织。

图4为本发明对比例2中经热处理后的TC11钛合金的显微组织图，从图4可以看出，经对比例2中传统的固溶+时效热处理后的TC11钛合金组织为双态组织。

将图3与图4进行比较可知，本发明的三重热处理能够对TC11钛合金的初生α相和β转变组织的含量和形态进行有效调控，该混合组织状态下TC11钛合金的力学性能与传统热处理工艺处理得到的TC11钛合金相比，室温抗拉强度、屈服强度、伸长率以及断面收缩率均得到提高，主要力学性能对比测试结果见图5和表1。

对本发明实施例1～2中经三重热处理后的TC11钛合金及对比例1～2中经热处理后的TC11钛合金的室温力学性能进行检测，结果如图5和表1所示。

表1

图5为本发明实施例1～2中经三重热处理后的TC11钛合金及对比例1～2中经热处理后的TC11钛合金的室温拉伸应力应变曲线图，从图5可以看出，相较于传统热处理工艺处理得到的TC11钛合金，本发明经三重热处理后的TC11钛合金的室温抗拉强度、伸长率均得到提高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。