一种细化Ti‑5Al‑2.5SnELI合金铸造组织的热处理工艺的制作方法

本发明涉及钛合金热处理技术，具体地说是一种细化Ti-5Al-2.5Sn ELI合金铸造组织的热处理工艺。

背景技术：

在现有技术中，传统热处理方法不适用于钛合金，并不能细化Ti-5Al-2.5Sn ELI合金显微组织。热氢处理是通过氢与钛合金的结合特征，钛合金对氢的吸附为可逆的，氢可以作为临时合金化元素存在于钛中，在热处理和最后的真空退火时优化组织结构。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种有效细化Ti-5Al-2.5Sn ELI合金铸造显微组织晶粒，提高其力学性能的工艺方法。

本发明的技术方案是：利用氢气在钛合金中的可逆合金化特性，将氢作为临时合金化元素，使用置氢除氢的方式来取代传统的升温降温过程，以优化Ti-5Al-2.5Sn ELI合金的铸造组织。

该方法包括置氢处理和除氢处理，其中，置氢处理过程在真空热处理炉中进行，除氢处理在真空加热炉内进行，具体过程为：

1)去除氧化皮：对铸件进行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：铸件装入真空热处理炉中，对炉体进行抽真空，抽至真空在10Pa以内；

3)置氢：往炉内持续充入氢气，在出气口点燃尾气；送电，使炉子开始加热，温度达到730℃～760℃之间时，调整炉内氢压至0.2MPa～0.5MPa之间，保持80～120分钟；

4)出炉：封闭真空炉两端进气口和出气口，断电，随炉冷却至室温；

5)抽真空：取经过置氢处理后的铸件，装入真空加热炉，对炉体进行抽真空，加热至一定温度，同时持续进行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氢：在步骤5)条件下保持10～15小时；

7)出炉：断电，降温至室温，出炉。

作为优选的技术方案：

步骤2)中，当炉内真空度低于10Pa时，炉内充氩气进行洗炉，再抽真空至10Pa以内。

步骤3)中充入的氢气纯度大于等于99.999％；当炉子温度达到740℃～750℃之间时，调整炉内氢压至0.3MPa～0.4MPa之间，保持90分钟。

步骤5)中，对炉体进行抽真空，当炉内真空度低于10^-4Pa时，送电，加热至温度达到760℃，同时持续进行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

步骤6)中，保持10^-4Pa、760℃的状态12小时。

本发明的优点是：

1.本发明利用置氢除氢的方法，解决了传统热处理方法不适用于Ti-5Al-2.5Sn ELI合金进行细化晶粒的问题。

2.采用本发明所述方法，能够有效细化铸造Ti-5Al-2.5Sn ELI合金晶粒，提高其性能，大大扩展了该合金的使用范围。

附图说明

图1氢含量对Ti-5Al-2.5Sn ELI合金组织的影响，其中，(a)、0wt％H，(b)、0.105wt％H，(c)、0.321wt％H，(d)、0.515wt％H。

图2 Ti-5Al-2.5Sn ELI合金除氢后组织，其中，(a)、0wt％H，(b)、0.105wt％H，(c)、0.321wt％H，(d)、0.515wt％H。

图3为700℃～850℃保温30分钟炉冷显微组织，其中(a)、700℃，(b)、750℃，(c)、800℃，(d)、850℃。

具体实施方式

实施例1

1)去除氧化皮：对铸件进行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：装炉，对炉体进行抽真空，当炉内真空度低于10Pa时，炉内充氩气进行洗炉，再抽真空至10Pa以内；

3)置氢：往炉内持续充入高纯氢气(纯度为99.999％)，在出气口点燃尾气；送电，使炉子开始加热，温度达到740℃～760℃之间时，调整炉内氢压至0.2MPa，保持100分钟；

4)出炉：封闭真空炉两端进气口和出气口，断电，随炉冷却至室温；

5)抽真空：装炉，对炉体进行抽真空，当炉内真空度低于10^-4Pa时，送电，加热至温度达到760℃，同时持续进行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氢：保持10^-4Pa、760℃的状态12小时；

7)出炉：断电，降温至室温，出炉。

置氢Ti-5Al-2.5Sn ELI合金金相组织变化：

经过渗氢之后得到含氢量不同的Ti-5Al-2.5Sn ELI合金，其显微组织如图1所示。由图1a可知，原始试样为单一α相组织，且晶粒较为粗大，其平均晶粒尺寸为650μm。如图1b所示，当置氢量为0.105wt％时，试样组织与原始Ti-5Al-2.5Sn ELI合金相比，没有发生明显变化，说明置氢量较少对Ti-5Al-2.5Sn ELI合金组织影响很小，因为此时氢原子主要以固溶形式存在于合金内部，并没有氢化物生成。置氢0.321wt％后，金相组织发生细微变化，平均晶粒尺寸变为450μm；当置氢量达到0.515wt％时，金相组织变化比较明显，平均晶粒尺寸进一步细化至220μm，说明少量的氢对Ti-5Al-2.5Sn ELI合金金相组织影响较小，随着渗氢量的增加，合金组织变化越来越显著。由图1d可以看出，置氢之后的合金晶粒发生明显细化。

除氢后的Ti-5Al-2.5Sn ELI合金金相组织：

图2为Ti-5Al-2.5Sn ELI合金经过除氢工艺除氢后的组织。渗氢组织中的氢化物被分解，氢从合金中逸出。图2b所示为置氢量为0.105wt％的试样进行除氢后的组织并没有发生明显变化，这是因为，较少的氢含量没有在合金内部生成氢化物，而是以固溶形式存在，除氢过程中，固溶的氢逸出合金没有对合金组织产生影响。由图2c可以看出，渗氢0.321wt％的试样除氢后，其显微组织出现细化，分析在除氢过程中发生再结晶。渗氢0.515wt％的试样在除氢之后，晶粒细化更明显。

图3为Ti-5Al-2.5Sn ELI合金仅在700℃～850℃保温30分钟炉冷后的显微组织。由图3可知，随着温度的升高，采用普通热处理方式的合金的显微组织始终为锯齿状亚晶组织，没有发生明显的变化，并且锯齿中的板条束的宽度也没有发生明显的变化。

实施例2

1)去除氧化皮：对铸件进行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：装炉，对炉体进行抽真空，当炉内真空度低于10Pa时，炉内充氩气进行洗炉，再抽真空至10Pa以内；

3)置氢：往炉内持续充入高纯氢气(纯度为99.999％)，在出气口点燃尾气；送电，使炉子开始加热，温度达到740℃～760℃之间时，调整炉内氢压至0.3MPa，保持100分钟；

4)出炉：封闭真空炉两端进气口和出气口，断电，随炉冷却至室温；

5)抽真空：装炉，对炉体进行抽真空，当炉内真空度低于10^-4Pa时，送电，加热至温度达到760℃，同时持续进行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氢：保持10^-4Pa、760℃的状态12小时；

7)出炉：断电，降温至室温，出炉。

实施例3

1)去除氧化皮：对铸件进行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：装炉，对炉体进行抽真空，当炉内真空度低于10Pa时，炉内充氩气进行洗炉，再抽真空至10Pa以内；

3)置氢：往炉内持续充入高纯氢气(纯度为99.999％)，在出气口点燃尾气；送电，使炉子开始加热，温度达到740℃～760℃之间时，调整炉内氢压至0.4MPa，保持100分钟；

4)出炉：封闭真空炉两端进气口和出气口，断电，随炉冷却至室温；

5)抽真空：装炉，对炉体进行抽真空，当炉内真空度低于10^-4Pa时，送电，加热至温度达到760℃，同时持续进行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氢：保持10^-4Pa、760℃的状态12小时；

7)出炉：断电，降温至室温，出炉。

实施例4

1)去除氧化皮：对铸件进行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：装炉，对炉体进行抽真空，当炉内真空度低于10Pa时，炉内充氩气进行洗炉，再抽真空至10Pa以内；

3)置氢：往炉内持续充入高纯氢气(纯度为99.999％)，在出气口点燃尾气；送电，使炉子开始加热，温度达到730℃～750℃之间时，调整炉内氢压至0.2MPa，保持90分钟；

4)出炉：封闭真空炉两端进气口和出气口，断电，随炉冷却至室温；

5)抽真空：装炉，对炉体进行抽真空，当炉内真空度低于10^-4Pa时，送电，加热至温度达到760℃，同时持续进行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氢：保持10^-4Pa、760℃的状态13小时；

7)出炉：断电，降温至室温，出炉。

实施例5

1)去除氧化皮：对铸件进行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：装炉，对炉体进行抽真空，当炉内真空度低于10Pa时，炉内充氩气进行洗炉，再抽真空至10Pa以内；

3)置氢：往炉内持续充入高纯氢气(纯度为99.999％)，在出气口点燃尾气；送电，使炉子开始加热，温度达到730℃～750℃之间时，调整炉内氢压至0.2MPa，保持110分钟；

4)出炉：封闭真空炉两端进气口和出气口，断电，随炉冷却至室温；

5)抽真空：装炉，对炉体进行抽真空，当炉内真空度低于10^-4Pa时，送电，加热至温度达到760℃，同时持续进行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氢：保持10^-4Pa、760℃的状态10小时；

7)出炉：断电，降温至室温，出炉。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。