本發(fā)明屬于β型鈦合金熱處理工藝
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的熱處理工藝。
背景技術(shù)：
：鈦合金因具有強(qiáng)度高、耐蝕性、耐熱性好等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域。鈦有兩種同素異構(gòu)晶體：882℃以下為密排六方結(jié)構(gòu)α鈦，882℃以上為體心立方的β鈦。在室溫下，鈦合金則分為三類：α型鈦合金、β型鈦合金、以及(α+β)型鈦合金。β型鈦合金是這樣一類合金：其在正火或退火時能將高溫β相保留到室溫并獲得介穩(wěn)定的β單相組織。β型鈦合金在熔煉后即具有較高的強(qiáng)度，在進(jìn)行淬火、時效等熱處理工藝后合金強(qiáng)度將得到進(jìn)一步強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度可達(dá)1372MPa～1666MPa，但是β型鈦合金熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。目前，三種鈦合金的處理工藝主要以固溶處理配合時效處理的熱處理工藝為主。只是，β型鈦合金在處理工藝上與α鈦合金、(α+β)鈦合金稍有不同。β型鈦合金加熱溫度要高于臨界相變溫度TB(國產(chǎn)牌號β型鈦合金熱TB1及TB2的臨界相變溫度TB＝750℃)。這是由于β型鈦合金的合金化程度高，臨界相變溫度TB低，所以稍高于臨界相變溫度TB的β區(qū)加熱后并不至于導(dǎo)致嚴(yán)重的脆性出現(xiàn)，并且β型鈦合金在固溶后可獲得單一介穩(wěn)β相組織以改善合金的塑性。目前，國產(chǎn)牌號β型鈦合金熱TB1與TB2均在高于TB溫度下進(jìn)行固溶處理。之后會根據(jù)產(chǎn)品使用環(huán)境所需的力學(xué)性能決定厚度大小，決定β合金的時效處理時間。Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金具有優(yōu)異的耐沖擊強(qiáng)度和振動衰減特性，因此其被廣泛應(yīng)用于滑雪板、自行車后齒輪、高爾夫球頭等民用工件上。一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金往往并不具備使用時應(yīng)有的材料力學(xué)強(qiáng)度及韌性性能要求，所以需要對其進(jìn)行二次熱處理，以滿足實際應(yīng)用的需要。二次熱處理過程中，鈦合金在高溫條件容易氧化，固溶及時效處理的溫度不易把握。在我國，目前由于熱處理工藝不成熟，Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金尚未能進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)，仍以進(jìn)口為主。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上
背景技術(shù)：
中提到的不足和缺陷，提供一種Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金熱處理工藝，尤其是一種一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝，包括如下步驟：(a)固溶處理，將待處理的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金放入工裝，在真空爐中加熱，升溫至750℃-900℃后，保溫1h-1.5h，通入在惰性氣體冷卻至35℃-45℃后，保溫30-40分鐘出爐；(b)時效處理，將經(jīng)固溶處理后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金隨工裝進(jìn)入真空爐加熱，升溫至400℃-500℃后，保溫10h-12h，通入在惰性氣體冷卻至35℃-45℃后，保溫30-40分鐘出爐。因為考慮到在熱處理過程中變形與氧化對材料的影響，所以本發(fā)明所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝是在真空爐中進(jìn)行處理。本發(fā)明所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝的(a)步驟中，升溫至不能低于750℃保溫，優(yōu)選的不能低于800℃保溫，這是因為750℃是此類鈦合金的臨界相變溫度，要改變Ti-20V-4Al-1Snβ鈦合金的組織及性能需要加熱到750℃以上，而發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度在800℃以上時，Ti-20V-4Al-1Snβ鈦合金的組織可完全轉(zhuǎn)變，呈現(xiàn)出更好的力學(xué)性能；升溫至不能高于850℃保溫，尤其不能高于900℃保溫，這是因為高于850℃后，尤其是高于900℃后，組織會開始新的轉(zhuǎn)變，對此類鈦合金的使用性能造成影響。本發(fā)明所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝的(a)步驟中，在保溫1h-1.5h后進(jìn)行冷卻，原因在于如果保溫時間過短，鈦合金的加熱不充分，表層以下組織不能到達(dá)相變溫而未發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，如果保溫時間過長，鈦合金完全燒透，會使得所有組織充分轉(zhuǎn)變導(dǎo)致產(chǎn)品變形過大。本發(fā)明所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝的(a)步驟中，宜冷卻至35℃-45℃，并在爐內(nèi)保溫30-40分鐘，原因在于，當(dāng)出爐溫度過高會使得產(chǎn)品表面發(fā)生輕微的氧化。本發(fā)明所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝的(b)步驟中，加熱溫度至400℃-500℃，原因在于，當(dāng)加熱溫度低于400℃時，強(qiáng)度未能達(dá)到最佳；當(dāng)加熱溫度高于500℃時，產(chǎn)品的強(qiáng)度會急劇下降。本發(fā)明所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝的(b)步驟中，在保溫10h-12h后進(jìn)行冷卻，原因在于如果保溫時間過短會使得所有組織未能完全穩(wěn)定，如果保溫時間過長，不易節(jié)能，造成浪費。本發(fā)明所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝中，所述步驟(a)、(b)均采用加壓惰性進(jìn)行冷卻，進(jìn)一步地，其中步驟(a)中，控制爐內(nèi)冷卻壓力為2.5bar-3.0bar，步驟(b)中，控制爐內(nèi)冷卻壓力為0.5bar-1.5bar。這是因為惰性氣體不會與Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金發(fā)生反應(yīng)，并在冷卻過程中起到保護(hù)性氣氛的作用。步驟(a)中，將冷卻壓力限定在2.5bar-3.0bar的目的在于保證Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金在一個適當(dāng)?shù)睦鋮s速度及保護(hù)環(huán)境中進(jìn)行，主要是通過對冷卻壓力的控制進(jìn)行冷卻速度的控制，通過多次實驗驗證此壓力下的冷卻效果最好，所得到的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金力學(xué)性能最佳。步驟(b)中，將冷卻壓力限定在1bar-1.5bar的目的在于相比于固溶處理，需要對時效處理的冷卻速度有所降低，通過多次實驗驗證此壓力下的冷卻效果最好，所得到的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金力學(xué)性能最佳。優(yōu)選的，所述步驟(a)、(b)均采用通氬氣進(jìn)行冷卻，因為使用氬氣的成本更低。進(jìn)一步地，在工藝開始前要對真空爐進(jìn)行真空除氣的處理，保證爐內(nèi)無其它雜質(zhì)影響熱處理工藝?？粘龤馓幚硗瓿珊螅_始正式的熱處理工藝。本發(fā)明所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝中，工裝可視產(chǎn)品形狀要求設(shè)計，對于國內(nèi)大多數(shù)真空爐而言，多選用長方形多層工裝，對于特殊形狀的產(chǎn)品可在工裝上設(shè)計不同的夾具。例如工裝可根據(jù)滑雪板、自行車后齒輪、高爾夫球頭的形狀設(shè)計。本發(fā)明所述一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝真空爐與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點在于，原材料的力學(xué)性能得到提升，在進(jìn)行本發(fā)明的第二次熱處理前，一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的硬度只有HRC30-HRC33，進(jìn)行本發(fā)明的第二次熱處理后，Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的硬度可提高到HRC41-HRC47，延伸率達(dá)到5％-17％，拉伸強(qiáng)度達(dá)到1150Mpa-1450Mpa，Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金所制成的工件其他力學(xué)性也都隨著硬度一起得到提升，如此可以大大提高工件的使用壽命，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本，可以滿足多個領(lǐng)域的使用需求。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是實施例1、6、10得到的Ti-20V-4Al-1Sn型鈦合金拉伸強(qiáng)度與時效時間、溫度的關(guān)系圖。具體實施方式為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說明書附圖和較佳的實施例對本文發(fā)明做更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下具體實施例。除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。除非另有特別說明，本發(fā)明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設(shè)備等均可通過市場購買得到或者可通過現(xiàn)有方法制備得到。實施例：實施例1本實施例所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝，包括如下步驟：(a)固溶處理，將待處理的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金放入工裝，并置于經(jīng)真空除氣的真空爐中加熱，升溫至850℃，保溫1h，采用加壓氬氣進(jìn)行冷卻，冷卻壓力為2.5bar，冷卻至40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐；(b)時效處理，將經(jīng)固溶處理后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金隨工裝進(jìn)入真空爐加熱，升溫至400℃，保溫10h后，采用加壓氬氣冷卻，冷卻壓力為1.0bar，冷卻溫度為40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。對比例1本對比例所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝，包括如下步驟：(a)固溶處理，將待處理的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金放入工裝，并置于經(jīng)真空除氣的真空爐中加熱，升溫至850℃，保溫1h后，采用加壓氬氣進(jìn)行冷卻，冷卻壓力為2.5bar，冷卻至40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐；(b)時效處理，將經(jīng)固溶處理后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金隨工裝進(jìn)入真空爐加熱，升溫至400℃，保溫8h后，采用加壓氬氣冷卻，冷卻壓力為1.0bar，冷卻溫度為40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。對比例2本對比例所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝，包括如下步驟：(a)固溶處理，將待處理的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金放入工裝，并置于經(jīng)真空除氣的真空爐中加熱，升溫至850℃，保溫1h，后采用加壓氬氣進(jìn)行冷卻，冷卻壓力為2.5bar，冷卻至40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐；(b)時效處理，將經(jīng)固溶處理后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金隨工裝進(jìn)入真空爐加熱，升溫至400℃，保溫9h后，采用加壓氬氣冷卻，冷卻壓力為1.0bar，冷卻溫度為40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。對比例3一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝：本實對比所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝，包括如下步驟：(a)固溶處理，將待處理的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金放入工裝，并置于經(jīng)真空除氣的真空爐中加熱，升溫至850℃，保溫1h后，采用加壓氬氣進(jìn)行冷卻，冷卻壓力為2.5bar，冷卻至40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐；(b)時效處理，將經(jīng)固溶處理后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金隨工裝進(jìn)入真空爐加熱，升溫至400℃，保溫15h后，采用加壓氬氣冷卻，冷卻壓力為1.0bar，冷卻溫度為40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐；按上述實施例1與對比例1、2、3所述工藝得到的Ti-20V-4Al-1Snβ鈦合金的拉伸強(qiáng)度、延伸率、硬度的測量結(jié)果如表1所示。實施例2本實施例所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝，包括如下步驟：(a)固溶處理，將待處理的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金放入工裝，并置于經(jīng)真空除氣的真空爐中加熱，升溫至900℃，保溫1h，后采用加壓氬氣進(jìn)行冷卻，冷卻壓力為2.5bar，冷卻至40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。(b)時效處理，將經(jīng)固溶處理后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金隨工裝進(jìn)入真空爐加熱，升溫至400℃，保溫11h后，采用加壓氬氣冷卻，冷卻壓力為1.0bar，冷卻溫度為40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。實施例3本實施例所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝，包括如下步驟：(a)固溶處理，將待處理的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金放入工裝，并置于經(jīng)真空除氣的真空爐中加熱，升溫至750℃，保溫1h，后采用加壓氬氣進(jìn)行冷卻，冷卻壓力為2.5bar，冷卻至40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。(b)時效處理，將經(jīng)固溶處理后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金隨工裝進(jìn)入真空爐加熱，升溫至400℃，保溫12h后，采用加壓氬氣冷卻，冷卻壓力為1.0bar，冷卻溫度為40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。實施例4本實施例所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝，包括如下步驟：(a)固溶處理，將待處理的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金放入工裝，并置于經(jīng)真空除氣的真空爐中加熱，升溫至820℃，保溫1h，后采用加壓氬氣進(jìn)行冷卻，冷卻壓力為2.5bar，冷卻至40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。(b)時效處理，將經(jīng)固溶處理后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金隨工裝進(jìn)入真空爐加熱，升溫至400℃，保溫10h后，采用加壓氬氣冷卻，冷卻壓力為1.0bar，冷卻溫度為40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。實施例5本實施例所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝，包括如下步驟：(a)固溶處理，將待處理的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金放入工裝，并置于經(jīng)真空除氣的真空爐中加熱，升溫至800℃，保溫1h，后采用加壓氬氣進(jìn)行冷卻，冷卻壓力為2.5bar，冷卻至40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。(b)時效處理，將經(jīng)固溶處理后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金隨工裝進(jìn)入真空爐加熱，升溫至400℃，保溫10h后，采用加壓氬氣冷卻，冷卻壓力為1.0bar，冷卻溫度為40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。按上述實施例2、3、4、5所述工藝得到的Ti-20V-4Al-1Snβ鈦合金的拉伸強(qiáng)度、延伸率、硬度的測量結(jié)果如表1所示。實施例6本實施例所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝，包括如下步驟：(a)固溶處理，將待處理的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金放入工裝，并置于經(jīng)真空除氣的真空爐中加熱，升溫至850℃，保溫1h，后采用加壓氬氣進(jìn)行冷卻，冷卻壓力為2.5bar，冷卻至35℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。(b)時效處理，將經(jīng)固溶處理后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金隨工裝進(jìn)入真空爐加熱，升溫至450℃，保溫11h后，采用加壓氬氣冷卻，冷卻壓力為1.0bar，冷卻溫度為45℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。實施例7本實施例所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝，包括如下步驟：(a)固溶處理，將待處理的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金放入工裝，并置于經(jīng)真空除氣的真空爐中加熱，升溫至850℃，保溫1h，后采用加壓氬氣進(jìn)行冷卻，冷卻壓力為2.5bar，冷卻至45℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。(b)時效處理，將經(jīng)固溶處理后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金隨工裝進(jìn)入真空爐加熱，升溫至450℃，保溫11h后，采用加壓氬氣冷卻，冷卻壓力為1.0bar，冷卻溫度為35℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。實施例8本實施例所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝，包括如下步驟：(a)固溶處理，將待處理的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金放入工裝，并置于經(jīng)真空除氣的真空爐中加熱，升溫至850℃，保溫1h，后采用加壓氬氣進(jìn)行冷卻，冷卻壓力為2.5bar，冷卻至35℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。(b)時效處理，將經(jīng)固溶處理后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金隨工裝進(jìn)入真空爐加熱，升溫至450℃，保溫12h后，采用加壓氬氣冷卻，冷卻壓力為1.0bar，冷卻溫度為35℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。實施例9本實施例所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝，包括如下步驟：(a)固溶處理，將待處理的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金放入工裝，并置于經(jīng)真空除氣的真空爐中加熱，升溫至850℃，保溫1h，后采用加壓氬氣進(jìn)行冷卻，冷卻壓力為2.5bar，冷卻至40℃，并在爐內(nèi)保溫40分鐘后出爐。(b)時效處理，將經(jīng)固溶處理后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金隨工裝進(jìn)入真空爐加熱，升溫至450℃，保溫10h后，采用加壓氬氣冷卻，冷卻壓力為1.0bar，冷卻溫度為40℃，并在爐內(nèi)保溫40分鐘后出爐。實施例10本實施例所述的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的二次熱處理工藝，包括如下步驟：(a)固溶處理，將待處理的一次熔煉成型之后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金放入工裝，并置于經(jīng)真空除氣的真空爐中加熱，升溫至850℃，保溫1h后，采用加壓氬氣進(jìn)行冷卻，冷卻壓力為3.0bar，冷卻至40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。(b)時效處理，將經(jīng)固溶處理后的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金隨工裝進(jìn)入真空爐加熱，升溫至500℃，保溫10h后，采用加壓氬氣冷卻，冷卻壓力為1.5bar，冷卻溫度為40℃，并在爐內(nèi)保溫30分鐘后出爐。按上述實施例6、7、8、9、10所述工藝得到的Ti-20V-4Al-1Snβ鈦合金的拉伸強(qiáng)度、延伸率、硬度的測量結(jié)果如表1所示。按上述實施例1、6、10所述工藝得到的Ti-20V-4Al-1Snβ鈦合金的拉伸強(qiáng)度與時效時間、溫度的關(guān)系如圖1所示。表1：按實施例1與對比例1、2、3所述工藝得到的Ti-20V-4Al-1Snβ型鈦合金的拉伸強(qiáng)度、延伸率、硬度的測量結(jié)果。性能實施例1對比例1對比例2對比例3延伸率％7986硬度(單位HRC)43±141.5±142.5±144±1拉伸強(qiáng)度(Mpa)1184107511461243表2：按實施例2、3、4、5所述工藝得到的Ti-20V-4Al-1Snβ鈦合金的拉伸強(qiáng)度、延伸率、硬度的測量結(jié)果。性能實施例2實施例3實施例4實施例5延伸率％11131210硬度(單位HRC)44±144±144±144±1拉伸強(qiáng)度(Mpa)1236122512301235表3：按上述實施例6、7、8、9、10所述工藝得到的Ti-20V-4Al-1Snβ鈦合金的拉伸強(qiáng)度、延伸率、硬度的測量結(jié)果。性能實施例6實施例7實施例8實施例9實施例10延伸率％1517161414硬度(單位HRC)42±142.5±142.5±142±142±1拉伸強(qiáng)度(Mpa)11581176115311551153當(dāng)前第1頁1 2 3