一种提高亚稳态β钛合金超塑性的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钛合金技术领域，尤其涉及一种提高亚稳态β钛合金超塑性的方法。
【背景技术】
[0002] 金属的超塑性是指材料在晶粒形状、晶粒尺寸和相组成结构一定的内部条件以及 温度和应变速率一定的外部条件下，呈现出异常低的流变抗力及异常高的流变性能，例如 延伸率高达百分之几百。
[0003] 超塑性成型工艺的应用越来越广泛，钛合金超塑性主要在利用钛合金本身所具有 的塑性特性的基础上进行成型研究，钛合金的超塑性成型的应用主要有:超塑性等温锻造、 气压成形、超塑性挤压、真空成形等。
[0004] 亚稳β钛合金通过弥散强化提高强度、还具有优异的冷热成型性、深淬透性以及良 好的抗腐蚀性、抗蠕变性能和抗氧化性等特性，广泛用于制作有温度要求的飞机结构件或 发动机结构件、蜂窝、紧固件和液压管材等。但是亚稳β钛合金的超塑性较低，限制了亚稳β 钛合金在超塑性成型工艺方面更为广泛的应用。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高亚稳β钛合金超塑性的方法，本发明提 供的处理方法，能够显著提高亚稳龄太合金的超塑性。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
[0007] -种提高亚稳β钛合金超塑性的方法，对所述亚稳β钛合金进行预时效处理;所述 预时效处理的温度为440°C~545°C，所述预时效处理的时间为20min~70min。
[0008] 优选的，所述预时效处理的温度为520°C，所述预时效处理的时间为40min。
[0009] 优选的，所述预时效处理的温度和所述预时效处理的时间按照以下步骤确定：
[0010] 获取亚稳β钛合金的预时效温度范围和预时效保温时间范围；
[0011] 在所述预时效温度范围和预时效保温时间范围内对所述亚稳β钛合金进行预时效 处理；
[0012] 对所述预时效处理后亚稳β钛合金进行拉伸性能试验测试；
[0013] 根据所述拉伸性能测试的结果，得到对亚稳β钛合金进行预时效处理的温度和时 间。
[0014] 优选的，所述亚稳β钛合金的预时效温度范围是400°C~600°C。
[0015]优选的，所述预时效温度范围内按梯度选取5个预时效温度值，具体为第一预时效 温度值、第二预时效温度值、第三预时效温度值、第四预时效温度值和第五预时效温度值； 所述5个预时效温度值中相邻的两个预时效温度的差值优选独立地为20~50°C。
[0016] 优选的，所述亚稳β钛合金的预时效保温时间范围是20min~70min。
[0017] 优选的，所述预时效温度范围内按梯度选取5个预时效温度值，具体为第一预时效 温度值、第二预时效温度值、第三预时效温度值、第四预时效温度值和第五预时效温度值； 所述5个预时效温度值中相邻的两个预时效温度的差值优选独立地为20~50°C。
[0018] 优选的，所述亚稳β钛合金的化学组成式为:Ti-15M〇-3Al-2.7Nb-0.2Si。
[0019] 本发明提供了一种提高亚稳β钛合金超塑性的方法，对所述亚稳β钛合金进行预时 效处理，所述预时效处理的温度为440°C~545°C，所述预时效处理的时间为20min~70min。 本发明提供的方法，通过对亚稳β钛合金进行预时效处理，亚稳龄太合金析出一定量的α相， 析出α相首先在β晶界处析出，α相的硬度较β相硬度高，在超塑性变形时，硬度高的α相对基 体β相产生应变集中，一定程度上细化了β相晶粒，晶粒越细小、超塑性越好，进而增加亚稳β 钛合金的超塑性。本发明实施例对亚稳β钛合金进行处理后获得的延伸率高达361.8%，相 比未进行处理的亚稳β钛合金的延伸率为194.0%，延伸率提高167.8%。
【附图说明】
[0020] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0021] 图1为本发明实施例中拉伸性能测试试样结构图；
[0022 ]图2为本发明实施例中未经过拉伸性能测试试样；
[0023]图3为本发明对比例中未经过预时效处理的拉伸性能测试后的试样；
[0024]图4为本发明实施例1中520°C保温20min的预时效处理拉伸性能测试后的试样； [0025]图5为本发明实施例2中520°C保温40min的预时效处理拉伸性能测试后的试样； [0026]图6为本发明实施例2中520°C保温70min的预时效处理拉伸性能测试后的试样； [0027]图7为本发明实施例3中440°C保温40min的预时效处理拉伸性能测试后的试样； [0028]图8为本发明实施例3中480°C保温40min的预时效处理拉伸性能测试后的试样； [0029]图9为本发明实施例3中545°C保温40min的预时效处理拉伸性能测试后的试样； [0030]图10为本发明实施例中亚稳β钛合金延伸率随不同预时效温度范围的变化规律； [0031 ]图11为本发明实施例中亚稳β钛合金延伸率随不同预时效时间范围的变化规律。
【具体实施方式】
[0032]本发明提供了一种提高亚稳β钛合金超塑性的方法，对所述亚稳β钛合金进行预时 效处理，所述预时效处理的温度为440°C~545°C，所述预时效处理的时间为20min~70min。 [0033]本发明提供的方法，在变形前440°C~545°C温度范围内，通过对亚稳β钛合金进行 20min~70min预时效处理，亚稳β钛合金析出一定量的α相，α相的硬度较β相硬度高，进行20 ~70min时间的预时效处理，析出α相首先在β晶界处析出，并且避免α相的长大，确保β相的 稳定存在。在超塑性变形时，变形主要集中在β相基体中，高硬度的α相阻碍变形并产生应力 集中，提高位错密度，促使动态再结晶发生，细化β相晶粒。另外，细小的α相也对β相晶粒的 长大起了抑制作用，晶粒越细小、超塑性越好，因此，通过短时间预时效处理后亚稳龄太合金 能够获得更优的超塑性。
[0034]本发明为了得到对亚稳β钛合金进行预时效处理的温度和时间，本发明优选先获 取亚稳钛合金的预时效温度范围和预时效保温时间范围。本发明中，所述亚稳β钛合金的 化学组成式优选为:Ti-15M〇-3Al-2.7Nb-0.2Si，经真空熔炼后乳制成棒材，作为超塑性拉 伸试样的原材料。对所述亚稳龄太合金的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的亚 稳龄太合金锻件即可。经500-560°C温度保温8-10h固溶时效处理后的钛合金可以获得较高 强度，本发明将520°C作为拉伸试验前的最初探索的预时效温度，经较短预时效保温时间以 均匀弥散析出一定量的细小α相为目标，以20min为最初探索的预时效保温时间。在本发明 中，所述预时效温度范围优选为400°C~600°C，预时效保温时间范围优选为20min~70min。
[0035] 获得亚稳β钛合金的预时效温度范围和预时效时间范围后，本发明在所述预时效 温度范围和预时效时间范围内对所述亚稳β钛合金进行预时效处理。为了更好的筛选出效 果较优的温度和时间，本发明优选在预时效温度范围内取不同的预时效温度值、在预时效 保温时间范围内取不同的预时效保温时间值。本发明优选在所述预时效温度范围内按梯度 选取5个预时效温度值，具体为第一预时效温度值、第二预时效温度值、第三预时效温度值、 第四预时效温度值和第五预时效温度值;所述5个预时效温度值中相邻的两个预时效温度 的差值优选独立地为20~50°C，更优选为25~45°C，最优选为30~40°C。在本发明的实施例 中，所述预时效温度值可具体为400 °C、440 °C、480 °C、520 °C和545 °C。
[0036] 本发明优选在所述预时效时间范围内按梯度设置4个梯预时效时间值，具体为第 一预时效保温时间值、第二预时效保温时间值、第三预时效保温时间值和第四预时效保温 时间值;所述4个预时效保温时间值中相邻的两个预时效保温时间值得差值优选独立地为 10~20min，更优选为15~18min;在本发明的实施例中，所述预时效保温时间值可具体为 20min、40min、50min和70min〇
[0037] 设置梯度温度值和梯度时间值后，本发明分别在不同的预时效温度值和不同的预 时效保温时间值对亚稳龄太合金进行预时效处理。本发明实施例中，采用确定某一预时效温 度值，在不同保温时间值条件下，对所述亚稳β钛合金进行预时效处理，得到延伸率较高所 对应的保温时间值后，采用所对应的保温时间值，在不同预时效温度值条件下，对所述亚稳 β钛合金进行预时效处理。
[0038] 对所述亚稳β钛合金完成不同预时效温度值和预时效保温时间值条件下的预时效 处理后，本发明优选对亚稳β钛合金进行冷却处理，本发明对冷却方式没有特殊要求，采用 本领域技术人员所熟知的冷却方式即可，本发明实施例中采用空气冷却的方式对亚稳β钛 合金进行冷却处理。
[0039] 对所述亚稳β钛合金进行预时效处理后，本发明将所述预时效处理后的亚稳β钛合 金进行拉伸性能试验测试，本发明拉伸性能测试按照国标GB/T228.1-2010《金属材料拉伸 试验第1部分:室温试验方