专利名称：一种钛合金模拟锻件热处理方法
技术领域：
本发明属于金属材料科学技术领域，涉及一种钛合金模拟锻件热处理方法。
背景技术：
钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等突出的优点，所以在飞机和发动机上的用量不断增加，一些高性能的新型钛合金及制造技术也在不断创新。热处理是制造钛合金锻件的关键技术之一，最终决定着锻件的组织和力学性能。所以最好是直接采用锻件进行热处理试验，但钛合金又属于稀有金属，价格昂贵，为了节省试验材料和缩短试 验周期，通常先采用金相试样和拉伸试样坯料进行热处理试验。然而对比试验证明，含有炉冷和空冷工艺的钛合金锻件热处理与试样或试样坯料热处理得到的组织和性能却有着很大差别，原因是试样或试样坯料在炉冷和空冷过程中比锻件冷却的速度快很多。尤其是对于冷却速度敏感的淬透性低的钛合金影响更大。因此试样或试样坯料热处理不能代替锻件热处理。为了解决冷却速度问题，一种方法是在试样或试样坯料炉冷过程中采用台阶式降温一保温的方法降低冷却速度，但这种方法不仅操作麻烦，而且也很难控制与锻件的实际冷却速度相一致。
发明内容
本发明就是针对现有钛合金热处理所存在的问题而设计提供一种钛合金模拟锻件热处理方法。本发明的技术解决方案是I)选取一种钛合金材料，作为模拟锻件，模拟锻件上线切割加工有用于安装热处理试验材料试样坯料的通孔；2)在热处理试验材料上采用线切割方法切取拉伸试样坯料或金相试样，将拉伸试样坯料或金相试样镶入上述模拟锻件的孔型中，拉伸试样坯料的一端用钛合金材料堵上，金相试样的两头用钛合金材料堵上，使模拟锻件恢复成一个完整的锻件，拉伸试样坯料和堵头与孔型的间隙为0. 2 0. 5mm ;3)将镶有拉伸试样坯料或金相试样的模拟锻件进行设定的各种热处理试验，然后将热处理后的拉伸试样坯料和金相试样从模拟锻件中取出，制备试样后，进行性能测试和组织检验。所述的钛合金模拟锻件的材料最好是与钛合金热处理试验材料化学成分相同或钛合金类型相同。所述模拟锻件上的通孔为圆型、正方型或长方型。本发明具有的优点和有益效果该方法是在与热处理试验用锻件尺寸相同的钛合金模拟锻件上，按设定位置采用线切割方法加工出试样坯料孔型，将热处理试验用锻件线切割加工的试样坯料或金相试样镶入该孔型，由于镶嵌的间隙很小，又能恢复成一个整体锻件，故称其为模拟锻件，再对该模拟锻件进行热处理，处理后将试样坯料和试样取出可以很快加工成试样并进行测试和观察。由于模拟锻件与试验用锻件尺寸相同，其热处理过程也相同，所以镶入模拟锻件的试样坯料或试样的组织和性能与试验用锻件的组织和性能是一样的。这样就可以用试样坯料或试样镶入模拟锻件代替锻件进行热处理，不仅节省了大量昂贵的钛合金材料，而且可以大大缩短试验周期。模拟锻件热处理方法的另外一个优点是其所用试样坯料之间的性能均匀性比试验用锻件的要好。因为试样坯料尺寸小，即使是多个，也可以在试验锻件的一小块上切取。但多个试验小锻件，就只能从试验锻件的不同位置上切取。该方法还特别适用于不同钛合金材料的淬透性研究，只要选取一个模拟锻件，在设定的、距离表面不同深度位置加工试样坯料孔型，镶入不同钛合金材料试样坯料进行热处理，就可得到不同钛合金材料更准确的淬透性比较结果。因为它们的热处理条件是完全一样的。
图I是本发明实施例的模拟锻件拉伸试样坯料孔型以及金相试样和拉伸试样坯料安装示意图。 图2是本发明实施例I中经同样热处理的金相试样A和镶入模拟锻件的金相试样B以及试验锻件(I)的金相试样C的显微组织对比，放大倍数500倍。
具体实施例方式以下将对本发明技术方案作进一步的详述，其所取的材料形状和尺寸不仅限于此，它可按要求设定。该方法的步骤是1 一模拟锻件；2,4,6 —堵头；3 —金相试样；5 —拉伸试样还料。(I)选取一种钛合金材料，最好是与热处理试验材料的化学成分相同或相近。在该材料锻件(或棒材)上切取一个尺寸为70mmX 75mmX 85mm的模拟锻件，其尺寸即为热处理试验锻件所用尺寸，它可以切出5个纵向拉伸和5个横向拉伸试样坯料5以及3个断裂韧度试样还料3。(2)在该模拟锻件上，在70mmX 75mm截面中央采用小0. 18mm钥丝线切割加工出间隔 3mm、2 3 个 13. 35mmX85mm 圆孔型。(3)在热处理试验用锻件上采用线切割方法，根据试验方案要求，切取金相试样3，尺寸为IOmmX 14mm ;拉伸试样还料5,尺寸为13. OmmX 72mm。(4)将金相试样镶入模拟锻件I的一个孔型中央，两头用小13. OmmX36mm的钛合金圆柱体堵头2和4堵上，其余孔型用￠13. OmmX85mm圆柱体堵头6堵上。然后可按热处理试验方案进行模拟锻件I热处理。处理后将金相试样3取出，由于两头有圆柱体堵住，金相试样氧化层很薄，所以制备金相试样更快。(5)也可将拉伸试样坯料2 3个镶入模拟锻件的孔型中，一端用<M3.0mmX13mm钛合金圆柱体堵上。然后可按热处理试验方案进行模拟锻件热处理。处理后将拉伸试样坯料取出，很快可以加工成拉伸试样并测试。(6)模拟锻件可以反复热处理，使用多次。由于孔型氧化，直径减小时，可将拉伸试样坯料的直径减小至￠12. 8mm或更小。以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步的详述
实施例I金相试样用本发明方法的对比试验选用Ti-5Al-5Mo-5V-lCr-lFe钛合金模锻件，切取尺寸为70mmX 75mmX 85mm的模拟锻件，在其中央加工2个￠13. 35mmX85mm孔型，见图I。采用新型a - 0型高淬透Ti-5. 5Al-4Mo-6V-2Nb_lFe钛合金模锻件。在该模锻件上切取2个(MOmmX 14mm金相试样，分别是A和B。为了比较，在该模锻件上还切取了一个尺寸与模拟锻件相同的70mmX75mmX85mm的试验锻件(I)。试样A直接进行热处理；试样B镶入模拟锻件孔型中央，两端用0 13. OmmX 36mm钛合金圆柱体堵上，堵头与孔型的间隙为 0. 35mm。试样A和镶入试样B的模拟锻件以及试验锻件(I)分别进行以下工艺840°C /2h炉冷至750°C /2h空冷+ 600°C /4h空冷的热处理试验。热处理后的试样A和试样B以及试验锻件(I)切取的试样C分别制备成金相试样，其显微组织见图2。由图2可见，试样A组织的a片很薄，而试样B组织的a片明显要比试样A的厚，证明试样A的冷却速度比试 样B的快。试样C组织的a片厚度与试样B的相同，证明试样B镶入模拟锻件可以代替试验锻件(I)进行热处理。实施例2拉伸试样坯料用本发明方法的对比试验(一)采用新型a - 0型高淬透Ti-5. 5Al-4Mo-6V-2Nb_lFe钛合金模锻件。在该模锻件上切取2个￠13. OmmX 72mm的纵向拉伸试样坯料。为了比较，在该模锻件上还切取了一个尺寸与实施例I中模拟锻件相同的70mmX75mmX85mm的试验锻件(II)。将上述2个拉伸试样坯料镶入图I的模拟锻件孔型中，一端用￠13. OmmX 13mm的钛合金圆柱体堵上，拉伸试样坯料与孔型的间隙为0. 25mm。对模拟锻件和试验锻件(II)分别进行以下工艺840°C /2h炉冷至750°C /2h空冷+ 600°C /4h空冷的热处理试验。将热处理后的2个试样坯料和试验锻件(II)切取的试样坯料加工成拉伸试样,其检测性能见表I。表lTi-5. 5Al-4Mo-6V-2Nb-lFe 钛合金锻件性能
权利要求
1.一种钛合金模拟锻件热处理方法，其特征在于该方法的步骤是 1)选取一种钛合金材料，作为模拟锻件，模拟锻件上线切割加工有用于安装热处理试验材料试样坯料的通孔； 2)在热处理试验材料上采用线切割方法切取拉伸试样坯料或金相试样，将拉伸试样坯料或金相试样镶入上述模拟锻件的孔型中，拉伸试样坯料的一端用钛合金材料堵上，金相试样的两头用钛合金材料堵上，使模拟锻件恢复成一个完整的锻件，拉伸试样坯料和堵头与孔型的间隙为0. 2 0. 5mm ； 3)将镶有拉伸试样坯料或金相试样的模拟锻件进行设定的各种热处理试验，然后将热处理后的拉伸试样坯料和金相试样从模拟锻件中取出，制备试样后，进行性能测试和组织检验。
2.根据权利要求I所述的一种钛合金模拟锻件热处理方法，其特征在于所述的钛合金模拟锻件的材料最好是与钛合金热处理试验材料化学成分相同或钛合金类型相同。
3.根据权利要求I所述的一种钛合金模拟锻件热处理方法，其特征在于所述模拟锻件上的通孔为圆型、正方型或长方型。
全文摘要
本发明属于金属材料科学技术领域，涉及一种钛合金模拟锻件热处理方法。该方法选取一种钛合金材料，作为模拟锻件，将热处理试验材料试样坯料镶入上述模拟锻件的通孔中，试样坯料与该孔型的间隙为0.2～0.5mm，将镶有试样坯料或金相试样的模拟锻件进行设定的各种热处理试验。结果表明，模拟锻件中镶入的试样坯料和金相试样的组织和性能与经过同样热处理的试验锻件的相同，因此可以用试样坯料或试样镶入模拟锻件代替锻件进行热处理。不仅节省了大量昂贵的钛合金材料，而且可以大大缩短试验周期。该方法还特别适用于不同钛合金材料的淬透性研究，只用一个钛合金模拟锻件，在完全相同的试验条件下就可获得不同钛合金材料更准确的淬透性比较结果。
文档编号G01N1/44GK102735526SQ20121023501
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者弭光宝, 李兴无, 沙爱学, 王庆如, 王清瑞 申请人:中国航空工业集团公司北京航空材料研究院