一种协同优化TA19钛合金强塑性的多尺度组织及其制备方法

摘要

本发明公开了一种协同优化TA19钛合金强塑性的新型多尺度组织，其组织由大α晶粒，小等轴α晶粒、片层α和弥散α组成，所述大α晶粒、小等轴α晶粒、片层α和弥散α的体积分数范围分别为15%~30%，62%~75%，3%~5%和5%~10%。进一步还提供了该强塑性协同优化的TA19钛合金新型多尺度组织的制备方法，包括前热处理‑热轧‑后热处理等步骤。通过调控不同尺度α相的分布和相对含量，使得TA19钛合金强塑性得到协同优化。

权利要求

1.一种协同优化TA19钛合金强塑性的多尺度组织的制备方法，其特征在于，对原始双态组织的TA19钛合金经前热处理‑热轧‑后热处理，制备出大α晶粒，小等轴α晶粒、片层α和弥散α组成的多尺度组织，包括以下步骤：

1）前热处理：将原始双态组织的TA19钛合金随炉加热至970°C 990°C，保温1 h 2 h，然~ ~后将其空冷至室温；

2）热轧：将步骤1）空冷获得的TA19钛合金放入炉温为890°C 910°C的加热炉中，保温~

0.5 h  1 h后，进行单向轧制，下压量为70% 85%，然后将制得的钛合金薄板空冷至室温；

~ ~

3）后热处理：将步骤2）热轧空冷后的钛合金薄板放入580°C 600°C加热炉中，保温4 8 ~ ~h后，然后将其在空气中冷却至室温，即得到强塑性协同优化的TA19钛合金。

2.根据权利要求1所述协同优化TA19钛合金强塑性的多尺度组织的制备方法，其特征在于，步骤1）空冷后的TA19钛合金，其等轴α含量为15% 30%，片层α含量为70% 85%。

~ ~

3.根据权利要求1所述协同优化TA19钛合金强塑性的多尺度组织的制备方法，其特征在于，步骤2）热轧空冷后的钛合金薄板组织中，其大α晶粒由原始等轴α晶粒拉长转变获得，小等轴α由原始片层α球化转变获得，片层α为未发生球化的残余片层α。

4.根据权利要求1所述协同优化TA19钛合金强塑性的多尺度组织的制备方法，其特征在于，步骤3）后热处理获得细小弥散的α相。

说明书

一种协同优化TA19钛合金强塑性的多尺度组织及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及优化近α和α+β钛合金性能的方法，尤其涉及一种协同优化TA19钛合金强塑性的多尺度组织及其制备方法，属于轻合金加工技术领域。

背景技术

[0002] 对于大部分近α和α+β钛合金，可根据α相的形貌和分布将将常用的微观组织分为以下四类：等轴组织、双态组织、网篮组织、魏氏组织。这四种组织性能各有利弊：等轴组织具有良好的塑性，但强度较低；片层组织具有很好的抗裂纹扩展能力，但强度和塑性较差；网篮组织具有较好强度，但塑性较差；双态组织综合性能较好。针对以上四种传统的组织类型，采用热加工工艺可以对其α相的晶粒形貌、尺寸、分布、取向等组织参量进行调控，进而在一定程度上优化其力学性能。但是，对传统组织类型的组织参量进行调控，很难获得钛合金强度和塑性的协同优化。

发明内容

[0003] 针对现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种协同优化TA19钛合金强塑性的多尺度组织，解决现有钛合金强塑性难以协同优化的问题。

[0004] 进一步，提供该协同优化TA19钛合金强塑性的多尺度组织的制备方法。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

[0006] 一种协同优化TA19钛合金强塑性的多尺度组织，其组织由大α晶粒，小等轴α晶粒、片层α和弥散α组成。

[0007] 进一步，所述大α晶粒、小等轴α晶粒、片层α和弥散α的体积分数范围分别为15％～30％，62％～75％，3％～5％和5％～10％。

[0008] 进一步，所述弥散α为纳米尺度。

[0009] 一种协同优化TA19钛合金强塑性的多尺度组织的制备方法，对原始双态组织的TA19钛合金经前热处理‑热轧‑后热处理，制备出大α晶粒，小等轴α晶粒、片层α和弥散α组成的多尺度组织，包括以下步骤：

[0010] 1)前热处理：将原始双态组织的TA19钛合金随炉加热至970℃～990℃，保温1h～2h，然后将其空冷至室温；

[0011] 2)热轧：将步骤1)空冷获得的TA19钛合金放入炉温为890℃～910℃的加热炉中，保温0.5h～1h后，进行单向轧制，下压量为70％～85％，然后将制得的钛合金薄板空冷至室温；

[0012] 3)后热处理：将步骤2)热轧空冷后的钛合金薄板放入580℃～600℃加热炉中，保温4～8h后，然后将其在空气中冷却至室温，即得到强塑性协同优化的TA19钛合金。

[0013] 进一步，步骤1)空冷后的TA19钛合金，其等轴α含量为15％～30％，片层α含量为70％～85％。

[0014] 进一步，步骤2)热轧空冷后的钛合金薄板组织中，其大α晶粒由原始等轴α晶粒拉长转变获得，小等轴α由原始片层α球化转变获得，片层α为未发生球化的残余片层α。

[0015] 进一步，步骤3)后热处理获得细小弥散的α相。

[0016] 相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

[0017] 1、本发明通过对传统双态组织的TA19钛合金进行前热处理‑热轧‑后热处理，获得大α，小等轴α、片层α和细小弥散的α组成的多尺度组织。通过调控不同尺度α相的分布和相对含量，使得TA19钛合金强塑性得到协同优化。

[0018] 2、本发明制得的钛合金的屈服强度从原始双态组织的931.4MPa提高到1199.3MPa，抗拉强度从1013.7MPa提高到1293.5MPa，延伸率保持在11％左右。本发明可推广至其他近α和α+β钛合金，具有良好的应用前景。

附图说明

[0019] 图1为本发明前热处理‑热轧‑后热处理前后试样的显微组织形貌图；a为用于轧制的双态组织，b为制备的多尺度组织，c为多尺度组织中弥散α放大图，d为对比例1的组织。

具体实施方式

[0020] 为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

[0021] 本发明公开了一种协同优化TA19钛合金强塑性的多尺度组织及其制备方法，该方法是将具有双态组织的TA19钛合金经前热处理‑热轧‑后热处理，制备出由大α晶粒，小等轴α晶粒、片层α和弥散α组成的多尺度组织；通过调控不同尺度的α相的含量和分布，使钛合金获得强度和塑性的协同优化。通过本发明获得的协同优化TA19钛合金强塑性的多尺度组织及其制备方法，可推广至其他近α和α+β钛合金。

[0022] 一、一种协同优化TA19钛合金强塑性的多尺度组织的制备方法

[0023] 实施例1

[0024] 1)将原始双态组织的TA19钛合金放入马弗炉中随炉加热至980℃，保温1h后空冷；

[0025] 2)将步骤1)空冷获得的具有双态组织的TA19钛合金放入炉温为890℃的加热炉中，保温0.5h后，进行单向轧制，下压量为70％，然后将制得的钛合金薄板空冷至室温；

[0026] 3)将步骤2)得到的TA19钛合金轧板放入590℃马弗炉中保温4h后空冷，即得到TA19钛合金强塑性协同优化的多尺度组织。

[0027] 实施例2

[0028] 1)将原始双态组织的TA19钛合金放入马弗炉中随炉加热至990℃，保温1h后空冷。

[0029] 2)将步骤1)空冷获得的具有双态组织的TA19钛合金放入炉温为910℃的加热炉中，保温0.5h后，进行单向轧制，下压量为80％，然后将制得的钛合金薄板空冷至室温。

[0030] 3)将步骤2)得到的TA19钛合金轧板放入600℃马弗炉中保温4h后空冷，即得到TA19钛合金强塑性协同优化的多尺度组织。

[0031] 实施例3

[0032] 1)将原始双态组织的TA19钛合金放入马弗炉中随炉加热至980℃，保温2h后空冷。

[0033] 2)将步骤1)空冷获得的具有双态组织的TA19钛合金放入炉温为900℃的加热炉中，保温1h后，进行单向轧制，下压量为85％，然后将制得的钛合金薄板空冷至室温。

[0034] 3)将步骤2)得到的TA19钛合金轧板放入590℃马弗炉中保温4h后空冷，即得到TA19钛合金强塑性协同优化的多尺度组织。

[0035] 实施例4

[0036] 1)将原始双态组织的TA19钛合金放入马弗炉中随炉加热至970℃，保温2h后空冷。

[0037] 2)将步骤1)空冷获得的具有双态组织的TA19钛合金放入炉温为900℃的加热炉中，保温1h后，进行单向轧制，下压量为82％，然后将制得的钛合金薄板空冷至室温。

[0038] 3)将步骤2)得到的TA19钛合金轧板放入600℃马弗炉中保温4h后空冷，即得到TA19钛合金强塑性协同优化的多尺度组织。

[0039] 对比例1

[0040] 1)将原始双态组织的TA19钛合金放入马弗炉中随炉加热至980℃，保温1h后空冷。

[0041] 2)将步骤1)空冷获得的具有双态组织的TA19钛合金放入炉温为900℃的加热炉中，保温0.5h后，进行单向轧制，下压量为82％，然后将制得的钛合金薄板空冷至室温。

[0042] 3)将步骤2)得到的TA19钛合金轧板放入920℃马弗炉中保温2h后空冷。得到低强度和低延伸率的粗化的大α晶粒，粗化小等轴α晶粒组成的TA19钛合金组织。

[0043] 二、性能验证

[0044] 1、将实施例1对原始双态组织经前热处理‑热轧‑后热处理得到的钛合金组织，经打磨和电解抛光后进行扫描电镜组织观察，如图1所示。

[0045] 从图1a是步骤1)后得到的空冷双态组织，由20％等轴α晶粒和80％片层α组成，等轴α平均尺寸为12μm，片层α区域平均尺寸为28μm；图1b是经过步骤3)得到的多尺度组织，由20％大α、70％小等轴α、5％片层α和5％分布于小等轴α之间细小弥散的α，大α平均宽度5μm，平均长度22μm，小等轴α平均尺寸1.5μm；图1c中显示的图1b中的弥散α宽度仅100nm左右。而图1d显示，对比例1中，大α体积分数增加到45％，而且粗化十分严重，平均宽度达到16μm，平均长度达到52μm；同时，小等轴α晶粒长大也较为严重，平均尺寸增大为2.6μm。

[0046] 2、将原始双态组织、实施例1‑4和对比例1对应的试样进行力学性能测试，力学性能统计结果如表1所示。

[0047] 表1力学性能

[0048]   屈服强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 延伸率(％)原始双态组织 931.4 1013.7 13.3
实施例1 1208.2 1321.3 10.7
实施例2 1196.4 1307.9 10
实施例3 1193.2 1253.8 11.9
实施例4 1199.3 1298.7 10.8
对比例1 879.1 1050.3 7.5

[0049] 由表1可以看出，本发明制备的钛合金的强度高，塑性好，与原始组织和对比例制备的钛合金材料相比，在力学性能上具有明显的优势。这可能是由于，本发明实施例获得的多尺度组织中的大α晶粒能够提供较大的塑性变形和较好的加工硬化能力，小等轴α晶粒取向较多，能够协调塑性变形，细小弥散α起到较好的强化作用。而对比例中后热处理温度过高，导致晶粒严重长大，强度和塑性都发生恶化。

[0050] 可见，经本发明方法制备的多尺度组织具有强塑性协同优化的特点。

[0051] 最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。