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1、(10)申请公布号 CN 102851627 A (43)申请公布日 2013.01.02 C N 1 0 2 8 5 1 6 2 7 A *CN102851627A* (21)申请号 201210355686.7 (22)申请日 2012.09.21 C22F 1/18(2006.01) (71)申请人中国航空工业集团公司北京航空材 料研究院 地址 100095 北京市海淀区北京81信箱 (72)发明人朱知寿 王新南 商国强 费跃 李军 祝力伟 (74)专利代理机构中国航空专利中心 11008 代理人李建英 (54) 发明名称 一种新型钛合金分区热处理工艺 (57) 摘要 本发明公开了一种基。
2、于精确控制的新型钛合 金分区热处理工艺。经过+区锻造的型 和-型钛合金首先在T -(2040)预热， 保温时间t(min)= max ， max 为锻件的最大截 面厚度，加热系数的取值为0.50.8；然后随 炉升温至(T -5)(T +5)，保温时间t(min) 同上述计算公式，加热系数的取值为0.20.6； 然后再次随炉升温至（T +5)(T +30)，保温 时间t(min)同上述计算公式，加热系数的取 值为0.20.5；随后出炉空冷或以一定的冷却速 率冷却；该工艺适用于大型、复杂、变截面型和 -型钛合金锻件热处理，以获得所需的高塑 性、高韧性和低疲劳裂纹扩展能力的高综合性能 片状组织，满足。
3、飞机和航空发动机制造所需的组 织性能要求均匀的大型复杂变截面锻件或零件。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书7页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种新型钛合金分区热处理工艺，其特征在于，具体包括以下步骤： （1）将钛合金锻件放在到达预热温度后的电阻炉有效工作区内中预热，预热温度T为 相变点T 以下2040，即T -40TT -20，炉子再次到达设定的预热温度 后，计算保温时间，保温时间t(min)= max ， max 为锻件的最大截面厚度，单位为：mm， 为加热系数，预热加。
4、热系数的取值为0.50.8； （2）将按步骤（1）预热保温后的锻件，随炉升温至T -5TT +5，炉子到达设定 的温度后，开始计算保温时间，保温时间t(min)同上述步骤（1）计算公式，加热系数的 取值为0.20.6； （3）将按步骤（2）保温后的锻件再随炉升温至相变点T 以上530，即T +5 TT +30，炉子到达设定温度后开始计算保温时间，保温时间t(min)同上述步骤（1） 计算公式，加热系数的取值为0.20.5； （4）将按上述步骤保温后的锻件出炉空冷、水冷或风冷，冷却至室温。 2.根据权利要求1所述的一种新型钛合金分区热处理工艺，其特征在于：所述电阻 炉内有效工作区的最大温度偏差不。
5、大于5。 权 利 要 求 书CN 102851627 A 1/7页 3 一种新型钛合金分区 热处理工艺 技术领域 0001 本发明涉及一种基于精确控制的钛合金分区热处理工艺。 背景技术 0002 随着国内外大型飞机逐步采用先进的耐久性/损伤容限设计原则，要求钛合金锻 件具有良好的强度与塑性匹配外，更需要具有高的断裂韧度（K IC ）和低的疲劳裂纹扩展速率 (da/dN)。与其它类型钛合金显微组织（网篮组织、双态组织、等轴组织）相比，片层组织由于 相呈一定宽度的集束片状分布，使裂纹扩展形成曲折路径，因此可获得很高的K IC 值和较 低的da/dN。但片层组织的缺点是晶粒的晶界为连续平直的相，使合。
6、金的塑性显著降 低。因此通过控制热处理工艺来提高片层组织的塑性一直是国内外研究的难点。 0003 按照过去的做法或标准要求，可以通过普通热处理工艺获得片层组织，普通 热处理的加热温度高于(T +17)(T +65)，加热系数（加热时间t(min)与锻件最大 截面厚度 max (mm)的比值）大于0.7。经普通热处理工艺，由于加热温度高和加热时间 长，导致晶粒长大剧烈，产生粗大晶粒，并在晶界处形成连续平直相，使片状组织 塑性降低。目前，为了改善片层组织的塑性，一般采用准热处理工艺，该工艺要求首先在 T -(2040)预热，加热系数为0.50.8，然后快速随炉升温至(T -10)(T +40)， 。
7、加热系数为0.10.5。 0004 随着我国锻造压力机设备吨位的增加，例如，今年我国已经装备到位最大吨位达 到了8万吨模锻压力机，使飞机或发动机等构件大型整体化或结构设计复杂化得以实现， 单件重量达到了1000kg以上或更重。由于一般大型锻件的截面变化越来越复杂（锻件最大 厚度达280mm、最小截面厚度100mm、长度达5.6m），采用普通热处理工艺难以使整个锻件 的片层组织均匀化，导致不同厚度截面的性能不均匀。为了更好的保证大型复杂变截面锻 件的组织均匀性和批次稳定要求，急需提出一种能精确控制的钛合金分区热处理工艺。 发明内容 0005 本发明的目的是提出一种解决大型复杂变截面钛合金锻件的显。
8、微组织均匀性和 批次间稳定性的钛合金分区热处理工艺。 0006 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 0007 （1）将钛合金锻件放在到达预热温度后的电阻炉有效工作区内中预热，预热温度T 为相变点T 以下2040，即T -40TT -20，炉子再次到达设定的预热温 度后，计算保温时间，保温时间t(min) max ， max 为锻件的最大截面厚度，单位为： mm，为加热系数，预热加热系数的取值为0.50.8； 0008 （2）将按步骤（1）预热保温后的锻件，随炉升温至T -5TT +5，炉子到 达设定的温度后，开始计算保温时间，保温时间t(min)同上述步骤（1）计算公式，加热系数 的取值。
9、为0.20.6； 0009 （3）将按步骤（2）保温后的锻件再随炉升温至相变点T 以上530，即 说 明 书CN 102851627 A 2/7页 4 T +5TT +30，炉子到达设定温度后开始计算保温时间，保温时间t(min)同上述 步骤（1）计算公式，加热系数的取值为0.20.5； 0010 （4）将按上述步骤保温后的锻件出炉空冷、水冷或风冷，冷却至室温。 0011 所述的电阻炉内有效工作区的最大温度偏差不大于5。 0012 本发明具有的优点和有益效果： 0013 （1）(T -5)(T +5)精确控制的分区热处理，可以实现精确控制初生相含 量，使初生相能实现消失或稳定溶解，保证了大厚截。
10、面的组织均匀性，为后续的片层 相进一步实现可控长大提供了条件。 0014 （2）缩短了后续区保温时间，一方面提高了大厚度锻件心部和边缘的组织均匀 性，也最大程度缩小了厚截面与薄截面的组织均匀性差异。 0015 （3）在保证锻件加热热透的同时，又控制了晶粒尺寸，使获得的片层组织塑性 高、疲劳性能好，并且具有较高的断裂韧度和较低的疲劳裂纹扩展速率，从而具有更好的综 合性能，可以制造大型复杂变截面钛合金结构件等半成品及零件。 0016 该基于精确控制的钛合金分区热处理工艺，特别适合用于型和-型钛 合金，经过+区锻造或成型的具有等轴或双态组织类型的大型复杂变截面锻件的热 处理。 附图说明 0017 图。
11、1是本发明实施例1的自由锻件的不同部位显微组织图，其中，(a)590mm （T）260mm(ST)截面厚度边缘处500；(b)590mm（T）260mm(ST)截面1/2厚度处500； (c)315mm(T)100mm(ST)截面厚度边缘处500；(d)315mm(T)100mm(ST)截面1/2厚度 处500。 0018 图2是本发明实施例2的自由锻件的不同部位显微组织图，其中，(a)487mm （T）217mm(ST)截面厚度边缘处100；(b)487mm（T）217mm(ST)截面1/2厚度处100； (c)1160mm(T)113mm(ST)截面厚度边缘处100；(d)1160mm(T。
12、)113mm(ST)截面1/2厚 度处100。 0019 图3是本发明实施例3的自由锻件的不同部位显微组织图，其中，(a)500mm （T）130mm(ST)截面厚度边缘处100；（b）500mm（T）130mm(ST)截面1/2厚度处100； (c)300mm(T)130mm(ST)截面厚度边缘处100；(d)300mm(T)130mm(ST)截面1/2厚度 处100。 具体实施方式 0020 工艺包括以下步骤： 0021 （1）将钛合金锻件放在到达预热温度后的电阻炉有效工作区内中预热，预热温度T 为相变点T 以下2040，即T -40TT -20，炉子再次到达设定的预热温 度后，计算保温时。
13、间，保温时间t(min)= max ， max 为锻件的最大截面厚度，单位为：mm， 为加热系数，预热加热系数的取值为0.50.8。根据截面最大厚度确定预热温度，当 锻件最大厚度小于100mm，预热温度为T -40TT -30；当锻件最大厚度大于等于 100mm，预热温度为T -30TT -20。根据锻件厚度差值确定预热加热系数，当锻件 说 明 书CN 102851627 A 3/7页 5 厚度差小于等于50mm，预热加热系数的取值为0.5；当锻件厚度差大于50mm，小于等于 100mm时，预热加热系数的取值为0.6；当锻件厚度差大于100mm，小于等于150mm时，预 热加热系数的取值为0.。
14、7；当锻件厚度差大于150mm时，预热加热系数的取值为0.8。 0022 （2）将按步骤（1）预热保温后的锻件，随炉升温至T -5TT +5，炉子到 达设定的温度后，开始计算保温时间，保温时间t(min)同上述步骤（1）计算公式，加热系数 的取值为0.20.6。根据截面最大厚度确定加热温度，当锻件最大厚度小于100mm，加热 温度为T -5TT ；当锻件最大厚度大于等于100mm，加热温度为T TT +5。 根据锻件厚度差值确定预热加热系数，当锻件厚度差小于等于50mm，预热加热系数的取 值为0.2；当锻件厚度差大于50mm，小于等于100mm时，预热加热系数的取值为0.3；当 锻件厚度差大于。
15、100mm，小于等于150mm时，预热加热系数的取值为0.4；当锻件厚度差 大于150mm，小于等于200mm时，预热加热系数的取值为0.5；当锻件厚度差大于200mm 时，预热加热系数的取值为0.6。 0023 （3）将按步骤（2）保温后的锻件再随炉升温至相变点T 以上530，即 T +5TT +30，炉子到达设定温度后开始计算保温时间，保温时间t(min)同上述步 骤（1）计算公式，加热系数的取值为0.20.5。根据截面最大厚度确定加热温度，当锻件 最大厚度小于100mm，加热温度为T +5TT +15；当锻件最大厚度大于等于100mm， 加热温度为T +15TT +30。根据锻件厚度差值。
16、确定预热加热系数，当锻件厚度差小 于等于50mm，预热加热系数的取值为0.2；当锻件厚度差大于50mm，小于等于100mm时， 预热加热系数的取值为0.3；当锻件厚度差大于100mm，小于等于150mm时，预热加热系 数的取值为0.4；当锻件厚度差大于150mm时，预热加热系数的取值为0.5。 0024 （4）将按上述步骤保温后的锻件出炉空冷、水冷或风冷，冷却至室温。 0025 实施例1： 0026 TC4-DT钛合金经过+区锻造后的大型复杂变截面自由锻件（外廓最大尺寸为 2400（L）mm590mm(T)260mm(ST)，最大厚度260mm，最小厚度100mm，单件重量达800kg）， 采。
17、用上述分区热处理工艺后，然后在730保温4h出炉空冷，经理化解剖分析结果表 明，锻件不同部位的显微组织均匀性良好（图1），力学性能均匀性良好（表2和表3），且强 度-塑性-韧性匹配较好。 0027 表1自由锻件的不同部位拉伸性能 说 明 书CN 102851627 A 4/7页 6 0028 0029 0030 表2自由锻件的不同部位断裂韧性 说 明 书CN 102851627 A 5/7页 7 0031 0032 实施例2： 0033 TC4-DT钛合金经过+区锻造后的大型复杂变截面模锻件（外廓最大尺寸为 1720mm1120mm217mm，最大厚度217mm，最小厚度113mm，单件重量近。
18、500Kg），采用上述 分区热处理工艺后，然后在730保温4h出炉空冷后的显微组织如图2所示，可以看出， 组织为片层组织，并且均匀性良好。力学性能如表3和表4所示，经过分区热处理后可 以得到良好的强度-塑性-韧性匹配和低的da/dN值。 0034 表3模锻件的不同部位拉伸性能 0035 0036 0037 表4模锻件的不同部位断裂韧性和裂纹扩展速率 说 明 书CN 102851627 A 6/7页 8 0038 0039 实施例3： 0040 TC4-DT钛合金经过+区锻造后的大型复杂变截面模锻件（外廓最大尺寸为 1900mm1375mm160mm，最大厚度160mm，最小厚度130mm，单件重量近500Kg），采用上述 分区热处理工艺后，然后在730保温4h出炉空冷后的显微组织如图3所示，可以看出， 组织为均匀的片层组织。力学性能如表5和表6所示，从表中可以看出，拉伸性能和断裂韧 性高于标准要求，获得了良好的强度-塑性-断裂韧性匹配。 0041 表5模锻件的不同部位拉伸性能 0042 0043 表6模锻件的断裂韧性 说 明 书CN 102851627 A 7/7页 9 0044 说 明 书CN 102851627 A 1/2页 10 图1 说 明 书 附 图CN 102851627 A 10 2/2页 11 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102851627 A 11 。