本發(fā)明屬于鈦合金材料加工，具體涉及一種提升ta15鈦合金板材室溫沖擊韌性的方法。

背景技術：

1、隨著航空航天等領域的迅速發(fā)展，特別是在新一代戰(zhàn)機和航空發(fā)動機的研制方面，對構件及裝備的輕量化、高性能和服役周期提出了越來越嚴格的要求。采用輕質高性能的材料是實現(xiàn)這一目標的最便捷的途徑。而鈦及鈦合金因其比強度高、密度低、抗蠕變性能好、耐蝕性高等優(yōu)點，已成為航空航天領域的首選材料。ta15鈦合金目前已成功應用于飛機承力框、防護罩和發(fā)動機零件等，是國內(nèi)目前應用最廣泛的航空航天類鈦合金。ta15屬于高al含量的近α型鈦合金，其名義成分ti-6.5al-2zr-1mo-1v，它既具備α型鈦合金良好的熱穩(wěn)定性和可焊接性，又具備(α+β)型鈦合金的較為良好的可加工性能。ta15鈦合金可長時間(3000h)在500℃的環(huán)境下工作，可在800℃(不超過5min)的環(huán)境下短時工作。因此ta15鈦合金主要被用于制造低于500℃環(huán)境下長期服役的結構零件和焊接承力部件。但是，作為關鍵承載部件且長時間在高溫下服役，這就對其力學性能提出了苛刻的要求。

2、ta15鈦合金的力學性能與其組織密切相關，三態(tài)組織(20％等軸α相+50％～60％片層α相+β轉變組織)的ta15鈦合金具備良好的力學匹配性能，能夠滿足航空用服役需求。目前常見的ta15三態(tài)組織的獲取方法主要為近β鍛造，再結合后續(xù)的高低溫強韌化熱處理或固溶時效熱處理。但是由于近β鍛造溫度較高，已經(jīng)接近相變點，鍛造區(qū)間變窄，變形熱效應顯著，從而導致溫度控制較困難，并且經(jīng)歷多道次近β鍛造后容易導致晶粒粗大現(xiàn)象。同時近β鍛造對模具、加工臺面和加工設備等有著極高的要求，因此該工藝的推廣受到了嚴重的制約。因此通過新的途徑來制備具備三態(tài)組織的ta15鈦合金，并且提升其力學性能，會為ta15鈦合金在航空航天領域的應用提供一定的指導。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種提升ta15鈦合金板材室溫沖擊韌性的方法。該方法采用近β熱處理水冷+兩相區(qū)熱處理空冷的雙重熱處理，獲得具備三態(tài)組織且微觀組織均勻細小的ta15鈦合金板材，有效提升了ta15鈦合金板材的室溫沖擊韌性，同時提高了板材制備效率，解決了常規(guī)近β鍛造加工存在的加工溫區(qū)窄難控制、易溫升、晶粒粗大等難題。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為：一種提升ta15鈦合金板材室溫沖擊韌性的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

3、步驟一、將厚度為65mm～75mm、熱軋態(tài)的ta15鈦合金板材進行近β熱處理；所述近β熱處理的溫度為960℃～980℃，時間為1.0h～2.0h；

4、步驟二、將步驟一中近β熱處理后的ta15鈦合金板材直接放入20℃～40℃的水中進行水冷處理，直至完全冷卻至室溫；

5、步驟三、將步驟二中完全冷卻后的ta15鈦合金板材進行兩相區(qū)熱處理；所述兩相區(qū)熱處理的溫度為920℃～940℃，時間為1.0h～2.0h；

6、步驟四、將步驟三中兩相區(qū)熱處理后的ta15鈦合金板材直接進行空冷處理，直至完全冷卻至室溫。

7、本發(fā)明選擇熱軋態(tài)的ta15鈦合金板材，先進行近β熱處理和水冷，在近β熱處理階段，ta15鈦合金板材中等軸α相的含量會迅速降低且尺寸減小，隨后的水冷過程中，高溫β相會轉變?yōu)檫^冷馬氏體；然后進行兩相區(qū)熱處理和空冷，冷馬氏體會發(fā)生分解形成大量片層α相和β相，隨后部分片層α相溶解，其余的α相合并長大形成一定厚度和含量的次生片層α相，同時近β熱處理后剩余的等軸α相逐漸長大，在隨后的空冷過程中，高溫β相會轉變?yōu)棣罗D變組織，最終形成三態(tài)組織(少量等軸α相+大量片層α相+少量β轉變組織)。

8、本發(fā)明方法獲得的ta15鈦合金板材三態(tài)組織中，等軸α相一部分來源于初始組織，另一部分來源于兩相區(qū)熱處理時部分片層α相球化，而片層α相來源于近β熱處理得到的過冷馬氏體發(fā)生的分解。在三態(tài)組織中，由于等軸α相尺寸較小，裂紋的形核位點也會減小，在一定程度上裂紋擴展的能力受到抑制；同時由于三態(tài)組織中含有較多的片層α相，片層交錯分布，這些混亂交織的片層會阻礙裂紋的擴展，而較多的片層α相片層相界面也會阻礙裂紋的擴展，故片層α相含量越高，相界面就越多，裂紋擴展被抑制的效果就會更好；裂紋更容易在β轉變組織中擴展，本發(fā)明最終獲得的ta15鈦合金板材中β轉變組織含量相對較少，裂紋擴展也就會受到影響抑制。因此，與普通退火態(tài)相比，本發(fā)明通過雙重熱處理獲得的三態(tài)組織的ta15鈦合金板材的沖擊性能得到提高，沖擊吸收功及沖擊韌性均有較大程度的提升，室溫沖擊測試結果表明其沖擊吸收功接近50j，沖擊韌性接近60j/cm2。

9、上述的一種提升ta15鈦合金板材室溫沖擊韌性的方法，其特征在于，步驟一中所述熱軋態(tài)的ta15鈦合金板材為熱軋后制備的ta15鈦合金板材。

10、上述的一種提升ta15鈦合金板材室溫沖擊韌性的方法，其特征在于，步驟一中所述近β熱處理的過程中，當熱處理設備中的溫度達到近β熱處理的溫度后，再將ta15鈦合金板材放置于熱處理設備的有效熱處理區(qū)域，并在到溫后計時。

11、上述的一種提升ta15鈦合金板材室溫沖擊韌性的方法，其特征在于，步驟二中所述水冷處理在近β熱處理后的ta15鈦合金板材出爐后10s內(nèi)進行。通過將近β熱處理后的ta15鈦合金板材快速放入水中，以盡可能多的保留高溫下的組織，避免出爐后在空氣中時間較長導致ta15鈦合金板材內(nèi)部組織發(fā)生改變。

12、上述的一種提升ta15鈦合金板材室溫沖擊韌性的方法，其特征在于，步驟三中所述兩相區(qū)熱處理的過程中，當熱處理設備中的溫度達到兩相區(qū)熱處理的溫度后，再將ta15鈦合金板材放置于熱處理設備的有效熱處理區(qū)域，并在到溫后計時。

13、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：

14、1、本發(fā)明對熱軋態(tài)的ta15鈦合金板材進行近β熱處理水冷+兩相區(qū)熱處理空冷的雙重熱處理，獲得具備三態(tài)組織(少量等軸α相+大量片層α相+少量β轉變組織)的ta15鈦合金板材，通過調(diào)控三態(tài)組織有效提升了ta15鈦合金板材的室溫沖擊韌性，從而改善ta15鈦合金板材的抗沖擊性能，拓展其在航空航天領域的應用。

15、2、本發(fā)明采用的近β熱處理水冷+兩相區(qū)熱處理空冷的雙重熱處理，避免了常規(guī)近β鍛造加工存在的加工溫區(qū)窄難控制、易溫升、晶粒粗大等缺陷，在提升板材室溫沖擊韌性的同時提高了板材制備效率。

16、3、本發(fā)明通過雙重熱處理獲得三態(tài)組織的工藝中，通過近β熱處理及水冷淬火將ta15鈦合金板材軋制中的晶體缺陷保留下來，為后續(xù)片層α相的形核和生長提供充足的形核位置和形核驅動力，保證得到交錯排布的片層α相，是獲得組織性能優(yōu)異的三態(tài)組織的關鍵。

17、4、本發(fā)明方法獲得的ta15鈦合金板材具備三態(tài)組織，晶粒尺寸均勻細小，沒有晶粒粗大的現(xiàn)象，具備較高的室溫沖擊韌性，可以為開發(fā)高性能ta15鈦合金板材提供理論指導。

18、下面通過附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步的詳細描述。