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一種熱處理制備具有混合組織的BT25Y鈦合金的方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510542473.9

申請日:

2015.08.28

公開號:

CN105177480A

公開日:

2015.12.23

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):C22F 1/18申請日:20150828|||公開
IPC分類號: C22F1/18 主分類號: C22F1/18
申請人: 西北有色金屬研究院
發明人: 辛社偉; 趙永慶; 周偉; 李倩; 洪權; 葛鵬; 陳軍
地址: 710016 陜西省西安市未央路96號
優先權:
專利代理機構: 西安創知專利事務所 61213 代理人: 譚文琰
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510542473.9

授權公告號:

105177480B||||||

法律狀態公告日:

2017.05.17|||2016.01.20|||2015.12.23

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種熱處理制備具有混合組織的BT25Y鈦合金的方法,該方法為:一、采用到溫裝爐的加熱方式對在相變點溫度以下鍛造得到的BT25Y鈦合金進行第一固溶處理,然后空冷至室溫;二、采用到溫裝爐的加熱方式對BT25Y鈦合金進行第二固溶處理,然后空冷至室溫;三、采用到溫裝爐的加熱方式對BT25Y鈦合金進行時效處理,然后空冷至室溫,得到具有混合組織的BT25Y鈦合金。本發明能夠有效的控制BT25Y鈦合金中初生α相、次生α相和時效α相的含量和尺寸,獲得的BT25Y鈦合金具有可控、多態的混合組織,有效協調不同性能對BT25Y鈦合金組織的折中要求,滿足航空發動機整體葉盤鍛件對BT25Y鈦合金綜合力學性能要求。

權利要求書

權利要求書
1.  一種熱處理制備具有混合組織的BT25Y鈦合金的方法,其特征在于,包括以下步驟:
步驟一、采用到溫裝爐的加熱方式對在相變點溫度以下鍛造得到的BT25Y鈦合金進行第一固溶處理,然后空冷至室溫;所述第一固溶處理的溫度為945℃~955℃,保溫時間為2h~3h;
步驟二、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟一中經第一固溶處理后的BT25Y鈦合金進行第二固溶處理,然后空冷至室溫;所述第二固溶處理的溫度為920℃~930℃,保溫時間為2h~3h;
步驟三、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟二中經第二固溶處理后的BT25Y鈦合金進行時效處理,然后空冷至室溫,得到具有混合組織的BT25Y鈦合金。

2.  按照權利要求1所述的一種熱處理制備具有混合組織的BT25Y鈦合金的方法,其特征在于,步驟一中所述第一固溶處理的溫度為945℃~950℃,保溫時間為2h~2.5h。

3.  按照權利要求1所述的一種熱處理制備具有混合組織的BT25Y鈦合金的方法,其特征在于,步驟二中所述第二固溶處理的溫度為925℃~930℃,保溫時間為2h~2.5h。

4.  按照權利要求1所述的一種熱處理制備具有混合組織的BT25Y鈦合金的方法,其特征在于,步驟三中所述時效處理的溫度為580℃~600℃,保溫時間為6h~8h。

說明書

說明書一種熱處理制備具有混合組織的BT25Y鈦合金的方法
技術領域
本發明屬于鈦合金材料制備技術領域,具體涉及一種熱處理制備具有混合組織的BT25Y鈦合金的方法。
背景技術
BT25Y鈦合金是前蘇聯在BT25(Ti-6.5Al-2Sn-1.7Zr-2Mo-1W-0.2Si)鈦合金的基礎上,提高了Mo、Zr元素的含量,發展的一種高性能兩相鈦合金,其名義成分為Ti-6.5Al-2Sn-4Zr-4Mo-1W-0.2Si,可以長期在500℃~550℃的高溫環境中使用。由于提高了Mo、Zr合金元素的含量,相比于BT25鈦合金,合金的強韌性、持久蠕變強度和疲勞性能得到顯著提高,同時熱加工性能得到提高。因為具有優異的高溫、室溫綜合力學性能,該合金是目前航空發動機壓氣機轉子的理想材料。
隨著熱加工技術的發展,目前發動機的轉子通常采用整體葉盤,這對合金整體葉盤鍛件的組織提出了更高的要求,既要滿足輪盤的高溫蠕變強度,又要滿足葉盤的疲勞強度。而這些不同性能對應的組織的要求往往具有無法協調性,所以需要發展一種可控特殊的混合組織,這種混合組織具有某種的折中性,可以兼顧合金的室溫強度、室溫塑性、高溫蠕變強度、熱穩定性能和斷裂韌性等綜合力學性能,滿足航空發動轉子件對合金綜合力學性能要求。
目前,針對該合金的熱處理工藝基本都采用傳統的固溶加時效的熱處理工藝,這種傳統的熱處理工藝無法有效控制次生α相的尺寸和含量,僅能獲得一種雙態或等軸的傳統組織,對合金綜合力學性能調整非常有限。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足,提供一種熱處理制備具有混合組織的BT25Y鈦合金的方法,該方法能夠有效的控制BT25Y鈦合金中初生α相、次生α相和時效α相的含量和尺寸,獲得的BT25Y鈦合金具有可控、多態的混合組織,有效協調不同性能對BT25Y鈦合金組織的折中要求,滿足航空發動機整體葉盤鍛件對BT25Y鈦合金綜合力學性能要求。
為解決上述技術問題,本發明采用的技術方案是:一種熱處理制備具有混合組織的BT25Y鈦合金的方法,其特征在于,包括以下步驟:
步驟一、采用到溫裝爐的加熱方式對在相變點溫度以下鍛造得到的BT25Y鈦合金進行第一固溶處理,然后空冷至室溫;所述第一固溶處理的溫度為945℃~955℃,保溫時間為2h~3h;所述BT25Y鈦合金為在相變點溫度以下鍛造得到的BT25Y鈦合金;
步驟二、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟一中經第一固溶處理后的BT25Y鈦合金進行第二固溶處理,然后空冷至室溫;所述第二固溶處理的溫度為920℃~930℃,保溫時間為2h~3h;
步驟三、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟二中經第二固溶處理后的BT25Y鈦合金進行時效處理,然后空冷至室溫,得到具有混合組織的BT25Y鈦合金。
上述的一種熱處理制備具有混合組織的BT25Y鈦合金的方法,其特征在于,步驟一中所述第一固溶處理的溫度為945℃~950℃,保溫時間為2h~2.5h。
上述的一種熱處理制備具有混合組織的BT25Y鈦合金的方法,其特征在于,步驟二中所述第二固溶處理的溫度為925℃~930℃,保溫時間為2h~2.5h。
上述的一種熱處理制備具有混合組織的BT25Y鈦合金的方法,其特征在于,步驟三中所述時效處理的溫度為580℃~600℃,保溫時間為6h~8h。
本發明與現有技術相比具有以下優點:
1、本發明的實施對象是針對在相變點溫度以下鍛造得到的BT25Y鈦合金,該BT25Y鈦合金的顯微組織為雙態組織或等軸組織,本發明采用特殊的近β相變點溫度的雙重固溶加時效的熱處理工藝,能夠有效的控制BT25Y鈦合金中初生α相、次生α相和時效α相的含量和尺寸,獲得的BT25Y鈦合金具有可控、多態的混合組織,有效協調不同性能對BT25Y鈦合金組織的折中要求,滿足航空發動機整體葉盤鍛件對BT25Y鈦合金綜合力學性能要求。
2、本發明中對在相變點溫度以下鍛造得到的BT25Y鈦合金進行第一固溶處理,可以有效控制BT25Y鈦合金中初生α相含量在15%~20%的范圍內,該范圍內的初生α相含量是保證合金具有優異的室溫強度、室溫塑性、高溫蠕變、熱穩定性能和斷裂韌性的最優含量范圍;且第一固溶處理后采用空氣冷卻的冷卻方式,保證冷卻過程中產生的主要是針片α相,而非馬氏體α′相或α″相,而且針片狀α相呈一定集束排列,可以有效的阻止裂紋擴展。
3、本發明中對經第一固溶處理后的BT25Y鈦合金進行第二固溶處理,可以有效的使第一固溶處理后冷卻過程中產生的集束狀排列的針片狀α相長大成為一定尺寸的片層狀α相,同時,該第二固溶溫度條件可以保證片層α相的含量在10%~15%,達到有效控制次生α相形態、尺寸和含量的效果。
4、本發明中優選采用580℃~600℃的時效溫度,可以有效的使第二固溶處理后殘留的β相分解為細片層α相,既保障了合金在550℃以下使用環境中具有良好的組織穩定性,又保障了合金具有良好的室溫強度和塑性。
5、相對于傳統的固溶加時效的熱處理工藝,本發明采用相變點以下的雙重固溶加時效的熱處理工藝,第一固溶處理可以有效的控制合金中初生α相的含量和尺寸,第二固溶處理可以控制合金中次生α相的含量、尺寸和形態,時效處理能夠控制時效α相的形態和尺寸,從而形成一種可控 的,具有15%~20%初生α相、10%~15%次生片層α相和65%~75%時效β轉變組織的混合組織,這種混合組織使鈦合金具有優異的綜合力學性能。
本發明中BT25Y鈦合金中初生α相、次生α相和時效β轉變組織的含量均為體積百分含量。
下面通過附圖和實施例,對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
附圖說明
圖1為本發明實施例1熱處理后的BT25Y鈦合金的顯微組織圖。
圖2為對比例1熱處理后的BT25Y鈦合金的顯微組織圖。
圖3為本發明實施例2熱處理后的BT25Y鈦合金的顯微組織圖。
圖4為對比例2熱處理后的BT25Y鈦合金的顯微組織圖。
圖5為本發明實施例3熱處理后的BT25Y鈦合金的顯微組織圖。
圖6為本發明實施例4熱處理后的BT25Y鈦合金的顯微組織圖。
具體實施方式
實施例1
本實施例包括以下步驟:
步驟一、采用到溫裝爐的加熱方式對在相變點溫度以下鍛造得到的BT25Y鈦合金進行第一固溶處理,然后空冷至室溫;所述第一固溶處理的溫度為950℃,保溫時間為2.5h;
步驟二、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟一中經第一固溶處理后的BT25Y鈦合金進行第二固溶處理,然后空冷至室溫;所述第二固溶處理的溫度為925℃,保溫時間為2.5h;
步驟三、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟二中經第二固溶處理后的BT25Y鈦合金進行時效處理,然后空冷至室溫,得到具有混合組織的BT25Y鈦合金;所述時效處理的溫度為590℃,保溫時間為7h。
對比例1
本對比例包括以下步驟:
步驟一、采用到溫裝爐的加熱方式對在相變點溫度以下鍛造得到的BT25Y鈦合金進行第一固溶處理,然后空冷至室溫;所述固溶處理的溫度為950℃,保溫時間為2.5h;
步驟二、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟一中經固溶處理后的BT25Y鈦合金進行時效處理,然后空冷至室溫,得到具有雙態組織的BT25Y鈦合金;所述時效處理的溫度為590℃,保溫時間為7h。
從圖1中可以看出,經實施例1中雙重固溶處理+時效處理后的BT25Y鈦合金為典型的具有多態的混合組織:17%初生α相+13%片層次生α相+70%時效β轉變組織,從圖2中可以看出,經對比例1中傳統的固溶處理+時效處理后的BT25Y鈦合金則為雙態組織,對比可以看到,實施例1的熱處理工藝能夠對BT25Y鈦合金中的初生α相、次生α相和時效β轉變組織的含量和形態進行有效控制,獲得的BT25Y鈦合金為由等軸初生α相,一定厚度次生片層α相和針狀時效β轉變組織構成的混合組織,該混合組織狀態下BT25Y鈦合金的力學性能與采用傳統熱處理工藝處理得到的BT25Y鈦合金相比,室溫強度和塑性沒有降低,高溫強度、蠕變和斷裂韌性均得到提高,主要力學性能對比測試結果見表1。
表1


實施例2
本實施例包括以下步驟:
步驟一、采用到溫裝爐的加熱方式對在相變點溫度以下鍛造得到的BT25Y鈦合金進行第一固溶處理,然后空冷至室溫;所述第一固溶處理的溫度為950℃,保溫時間為2h;
步驟二、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟一中經第一固溶處理后的BT25Y鈦合金進行第二固溶處理,然后空冷至室溫;所述第二固溶處理的溫度為930℃,保溫時間為2h;
步驟三、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟二中經第二固溶處理后的BT25Y鈦合金進行時效處理,然后空冷至室溫,得到具有混合組織的BT25Y鈦合金;所述時效處理的溫度為580℃,保溫時間為6h。
對比例2
本對比例包括以下步驟:
步驟一、采用到溫裝爐的加熱方式對在相變點溫度以下鍛造得到的BT25Y鈦合金進行第一固溶處理,然后空冷至室溫;所述固溶處理的溫度為950℃,保溫時間為2h;
步驟二、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟一中經固溶處理后的BT25Y鈦合金進行時效處理,然后空冷至室溫,得到具有雙態組織的BT25Y鈦合金;所述時效處理的溫度為580℃,保溫時間為6h。
從圖3中可以看出,經實施例2中雙重固溶處理+時效處理后的BT25Y鈦合金為典型的具有多態的混合組織:17%初生α相+10%片層次生α相+73%時效β轉變組織,從圖4中可以看出,經對比例2中傳統的固溶處理+時效處理后的BT25Y鈦合金則為雙態組織:17%初生α相+83%β轉變組織,對比可以看到,實施例2的熱處理工藝能夠對BT25Y鈦合金中的初生α相、次生α相和時效β轉變組織的含量和形態進行有效控制,獲得 的BT25Y鈦合金為由等軸初生α相,一定厚度次生片層α相和針狀時效β轉變組織構成的混合組織,該混合組織狀態下BT25Y鈦合金的力學性能與采用傳統熱處理工藝處理得到的BT25Y鈦合金相比,室溫強度和塑性沒有降低,高溫強度、蠕變和斷裂韌性均得到提高,主要力學性能對比測試結果見表2。
表2

實施例3
本實施例包括以下步驟:
步驟一、采用到溫裝爐的加熱方式對在相變點溫度以下鍛造得到的BT25Y鈦合金進行第一固溶處理,然后空冷至室溫;所述第一固溶處理的溫度為955℃,保溫時間為2h;
步驟二、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟一中經第一固溶處理后的BT25Y鈦合金進行第二固溶處理,然后空冷至室溫;所述第二固溶處理的溫度為930℃,保溫時間為2h;
步驟三、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟二中經第二固溶處理后的 BT25Y鈦合金進行時效處理,然后空冷至室溫,得到具有混合組織的BT25Y鈦合金;所述時效處理的溫度為600℃,保溫時間為6h。
從圖5中可以看出,經實施例3中雙重固溶處理+時效處理后的BT25Y鈦合金為典型的具有多態的混合組織:15%初生α相+10%片層次生α相+75%時效β轉變組織,該混合組織狀態下BT25Y鈦合金的力學性能測試結果見表3。
實施例4
本實施例包括以下步驟:
步驟一、采用到溫裝爐的加熱方式對在相變點溫度以下鍛造得到的BT25Y鈦合金進行第一固溶處理,然后空冷至室溫;所述第一固溶處理的溫度為945℃,保溫時間為3h;
步驟二、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟一中經第一固溶處理后的BT25Y鈦合金進行第二固溶處理,然后空冷至室溫;所述第二固溶處理的溫度為920℃,保溫時間為3h;
步驟三、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟二中經第二固溶處理后的BT25Y鈦合金進行時效處理,然后空冷至室溫,得到具有混合組織的BT25Y鈦合金;所述時效處理的溫度為580℃,保溫時間為8h。
從圖6中可以看出,經實施例4中雙重固溶處理+時效處理后的BT25Y鈦合金為典型的具有多態的混合組織:20%初生α相+15%片層次生α相+65%時效β轉變組織,該混合組織狀態下BT25Y鈦合金的力學性能測試結果見表3。
實施例5
本實施例包括以下步驟:
步驟一、采用到溫裝爐的加熱方式對在相變點溫度以下鍛造得到的BT25Y鈦合金進行第一固溶處理,然后空冷至室溫;所述第一固溶處理的溫度為945℃,保溫時間為2h;
步驟二、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟一中經第一固溶處理后的 BT25Y鈦合金進行第二固溶處理,然后空冷至室溫;所述第二固溶處理的溫度為930℃,保溫時間為2h;
步驟三、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟二中經第二固溶處理后的BT25Y鈦合金進行時效處理,然后空冷至室溫,得到具有混合組織的BT25Y鈦合金;所述時效處理的溫度為590℃,保溫時間為7h。
經實施例5中雙重固溶處理+時效處理后的BT25Y鈦合金為典型的具有多態的混合組織:20%初生α相+10%片層次生α相+70%時效β轉變組織,該混合組織狀態下BT25Y鈦合金的力學性能測試結果見表3。
實施例6
本實施例包括以下步驟:
步驟一、采用到溫裝爐的加熱方式對在相變點溫度以下鍛造得到的BT25Y鈦合金進行第一固溶處理,然后空冷至室溫;所述第一固溶處理的溫度為947℃,保溫時間為2.3h;
步驟二、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟一中經第一固溶處理后的BT25Y鈦合金進行第二固溶處理,然后空冷至室溫;所述第二固溶處理的溫度為928℃,保溫時間為2.2h;
步驟三、采用到溫裝爐的加熱方式對步驟二中經第二固溶處理后的BT25Y鈦合金進行時效處理,然后空冷至室溫,得到具有混合組織的BT25Y鈦合金;所述時效處理的溫度為590℃,保溫時間為7h。
經實施例6中雙重固溶處理+時效處理后的BT25Y鈦合金為典型的具有多態的混合組織:18%初生α相+12%片層次生α相+70%時效β轉變組織,該混合組織狀態下BT25Y鈦合金的力學性能測試結果見表3。
表3


以上所述,僅是本發明的較佳實施例,并非對本發明作任何限制,凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化,均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。

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一種 熱處理 制備 具有 混合 組織 BT25Y 鈦合金 方法
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