本發(fā)明涉及鈦合金熱處理技術(shù)，具體地說是一種細(xì)化Ti-5Al-2.5Sn ELI合金鑄造組織的熱處理工藝。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)熱處理方法不適用于鈦合金，并不能細(xì)化Ti-5Al-2.5Sn ELI合金顯微組織。熱氫處理是通過氫與鈦合金的結(jié)合特征，鈦合金對氫的吸附為可逆的，氫可以作為臨時合金化元素存在于鈦中，在熱處理和最后的真空退火時優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種有效細(xì)化Ti-5Al-2.5Sn ELI合金鑄造顯微組織晶粒，提高其力學(xué)性能的工藝方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：利用氫氣在鈦合金中的可逆合金化特性，將氫作為臨時合金化元素，使用置氫除氫的方式來取代傳統(tǒng)的升溫降溫過程，以優(yōu)化Ti-5Al-2.5Sn ELI合金的鑄造組織。

該方法包括置氫處理和除氫處理，其中，置氫處理過程在真空熱處理爐中進(jìn)行，除氫處理在真空加熱爐內(nèi)進(jìn)行，具體過程為：

1)去除氧化皮：對鑄件進(jìn)行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：鑄件裝入真空熱處理爐中，對爐體進(jìn)行抽真空，抽至真空在10Pa以內(nèi)；

3)置氫：往爐內(nèi)持續(xù)充入氫氣，在出氣口點(diǎn)燃尾氣；送電，使?fàn)t子開始加熱，溫度達(dá)到730℃～760℃之間時，調(diào)整爐內(nèi)氫壓至0.2MPa～0.5MPa之間，保持80～120分鐘；

4)出爐：封閉真空爐兩端進(jìn)氣口和出氣口，斷電，隨爐冷卻至室溫；

5)抽真空：取經(jīng)過置氫處理后的鑄件，裝入真空加熱爐，對爐體進(jìn)行抽真空，加熱至一定溫度，同時持續(xù)進(jìn)行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氫：在步驟5)條件下保持10～15小時；

7)出爐：斷電，降溫至室溫，出爐。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案：

步驟2)中，當(dāng)爐內(nèi)真空度低于10Pa時，爐內(nèi)充氬氣進(jìn)行洗爐，再抽真空至10Pa以內(nèi)。

步驟3)中充入的氫氣純度大于等于99.999％；當(dāng)爐子溫度達(dá)到740℃～750℃之間時，調(diào)整爐內(nèi)氫壓至0.3MPa～0.4MPa之間，保持90分鐘。

步驟5)中，對爐體進(jìn)行抽真空，當(dāng)爐內(nèi)真空度低于10^-4Pa時，送電，加熱至溫度達(dá)到760℃，同時持續(xù)進(jìn)行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

步驟6)中，保持10^-4Pa、760℃的狀態(tài)12小時。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1.本發(fā)明利用置氫除氫的方法，解決了傳統(tǒng)熱處理方法不適用于Ti-5Al-2.5Sn ELI合金進(jìn)行細(xì)化晶粒的問題。

2.采用本發(fā)明所述方法，能夠有效細(xì)化鑄造Ti-5Al-2.5Sn ELI合金晶粒，提高其性能，大大擴(kuò)展了該合金的使用范圍。

附圖說明

圖1氫含量對Ti-5Al-2.5Sn ELI合金組織的影響，其中，(a)、0wt％H，(b)、0.105wt％H，(c)、0.321wt％H，(d)、0.515wt％H。

圖2 Ti-5Al-2.5Sn ELI合金除氫后組織，其中，(a)、0wt％H，(b)、0.105wt％H，(c)、0.321wt％H，(d)、0.515wt％H。

圖3為700℃～850℃保溫30分鐘爐冷顯微組織，其中(a)、700℃，(b)、750℃，(c)、800℃，(d)、850℃。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

1)去除氧化皮：對鑄件進(jìn)行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：裝爐，對爐體進(jìn)行抽真空，當(dāng)爐內(nèi)真空度低于10Pa時，爐內(nèi)充氬氣進(jìn)行洗爐，再抽真空至10Pa以內(nèi)；

3)置氫：往爐內(nèi)持續(xù)充入高純氫氣(純度為99.999％)，在出氣口點(diǎn)燃尾氣；送電，使?fàn)t子開始加熱，溫度達(dá)到740℃～760℃之間時，調(diào)整爐內(nèi)氫壓至0.2MPa，保持100分鐘；

4)出爐：封閉真空爐兩端進(jìn)氣口和出氣口，斷電，隨爐冷卻至室溫；

5)抽真空：裝爐，對爐體進(jìn)行抽真空，當(dāng)爐內(nèi)真空度低于10^-4Pa時，送電，加熱至溫度達(dá)到760℃，同時持續(xù)進(jìn)行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氫：保持10^-4Pa、760℃的狀態(tài)12小時；

7)出爐：斷電，降溫至室溫，出爐。

置氫Ti-5Al-2.5Sn ELI合金金相組織變化：

經(jīng)過滲氫之后得到含氫量不同的Ti-5Al-2.5Sn ELI合金，其顯微組織如圖1所示。由圖1a可知，原始試樣為單一α相組織，且晶粒較為粗大，其平均晶粒尺寸為650μm。如圖1b所示，當(dāng)置氫量為0.105wt％時，試樣組織與原始Ti-5Al-2.5Sn ELI合金相比，沒有發(fā)生明顯變化，說明置氫量較少對Ti-5Al-2.5Sn ELI合金組織影響很小，因?yàn)榇藭r氫原子主要以固溶形式存在于合金內(nèi)部，并沒有氫化物生成。置氫0.321wt％后，金相組織發(fā)生細(xì)微變化，平均晶粒尺寸變?yōu)?50μm；當(dāng)置氫量達(dá)到0.515wt％時，金相組織變化比較明顯，平均晶粒尺寸進(jìn)一步細(xì)化至220μm，說明少量的氫對Ti-5Al-2.5Sn ELI合金金相組織影響較小，隨著滲氫量的增加，合金組織變化越來越顯著。由圖1d可以看出，置氫之后的合金晶粒發(fā)生明顯細(xì)化。

除氫后的Ti-5Al-2.5Sn ELI合金金相組織：

圖2為Ti-5Al-2.5Sn ELI合金經(jīng)過除氫工藝除氫后的組織。滲氫組織中的氫化物被分解，氫從合金中逸出。圖2b所示為置氫量為0.105wt％的試樣進(jìn)行除氫后的組織并沒有發(fā)生明顯變化，這是因?yàn)椋^少的氫含量沒有在合金內(nèi)部生成氫化物，而是以固溶形式存在，除氫過程中，固溶的氫逸出合金沒有對合金組織產(chǎn)生影響。由圖2c可以看出，滲氫0.321wt％的試樣除氫后，其顯微組織出現(xiàn)細(xì)化，分析在除氫過程中發(fā)生再結(jié)晶。滲氫0.515wt％的試樣在除氫之后，晶粒細(xì)化更明顯。

圖3為Ti-5Al-2.5Sn ELI合金僅在700℃～850℃保溫30分鐘爐冷后的顯微組織。由圖3可知，隨著溫度的升高，采用普通熱處理方式的合金的顯微組織始終為鋸齒狀亞晶組織，沒有發(fā)生明顯的變化，并且鋸齒中的板條束的寬度也沒有發(fā)生明顯的變化。

實(shí)施例2

1)去除氧化皮：對鑄件進(jìn)行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：裝爐，對爐體進(jìn)行抽真空，當(dāng)爐內(nèi)真空度低于10Pa時，爐內(nèi)充氬氣進(jìn)行洗爐，再抽真空至10Pa以內(nèi)；

3)置氫：往爐內(nèi)持續(xù)充入高純氫氣(純度為99.999％)，在出氣口點(diǎn)燃尾氣；送電，使?fàn)t子開始加熱，溫度達(dá)到740℃～760℃之間時，調(diào)整爐內(nèi)氫壓至0.3MPa，保持100分鐘；

4)出爐：封閉真空爐兩端進(jìn)氣口和出氣口，斷電，隨爐冷卻至室溫；

5)抽真空：裝爐，對爐體進(jìn)行抽真空，當(dāng)爐內(nèi)真空度低于10^-4Pa時，送電，加熱至溫度達(dá)到760℃，同時持續(xù)進(jìn)行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氫：保持10^-4Pa、760℃的狀態(tài)12小時；

7)出爐：斷電，降溫至室溫，出爐。

實(shí)施例3

1)去除氧化皮：對鑄件進(jìn)行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：裝爐，對爐體進(jìn)行抽真空，當(dāng)爐內(nèi)真空度低于10Pa時，爐內(nèi)充氬氣進(jìn)行洗爐，再抽真空至10Pa以內(nèi)；

3)置氫：往爐內(nèi)持續(xù)充入高純氫氣(純度為99.999％)，在出氣口點(diǎn)燃尾氣；送電，使?fàn)t子開始加熱，溫度達(dá)到740℃～760℃之間時，調(diào)整爐內(nèi)氫壓至0.4MPa，保持100分鐘；

4)出爐：封閉真空爐兩端進(jìn)氣口和出氣口，斷電，隨爐冷卻至室溫；

5)抽真空：裝爐，對爐體進(jìn)行抽真空，當(dāng)爐內(nèi)真空度低于10^-4Pa時，送電，加熱至溫度達(dá)到760℃，同時持續(xù)進(jìn)行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氫：保持10^-4Pa、760℃的狀態(tài)12小時；

7)出爐：斷電，降溫至室溫，出爐。

實(shí)施例4

1)去除氧化皮：對鑄件進(jìn)行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：裝爐，對爐體進(jìn)行抽真空，當(dāng)爐內(nèi)真空度低于10Pa時，爐內(nèi)充氬氣進(jìn)行洗爐，再抽真空至10Pa以內(nèi)；

3)置氫：往爐內(nèi)持續(xù)充入高純氫氣(純度為99.999％)，在出氣口點(diǎn)燃尾氣；送電，使?fàn)t子開始加熱，溫度達(dá)到730℃～750℃之間時，調(diào)整爐內(nèi)氫壓至0.2MPa，保持90分鐘；

4)出爐：封閉真空爐兩端進(jìn)氣口和出氣口，斷電，隨爐冷卻至室溫；

5)抽真空：裝爐，對爐體進(jìn)行抽真空，當(dāng)爐內(nèi)真空度低于10^-4Pa時，送電，加熱至溫度達(dá)到760℃，同時持續(xù)進(jìn)行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氫：保持10^-4Pa、760℃的狀態(tài)13小時；

7)出爐：斷電，降溫至室溫，出爐。

實(shí)施例5

1)去除氧化皮：對鑄件進(jìn)行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：裝爐，對爐體進(jìn)行抽真空，當(dāng)爐內(nèi)真空度低于10Pa時，爐內(nèi)充氬氣進(jìn)行洗爐，再抽真空至10Pa以內(nèi)；

3)置氫：往爐內(nèi)持續(xù)充入高純氫氣(純度為99.999％)，在出氣口點(diǎn)燃尾氣；送電，使?fàn)t子開始加熱，溫度達(dá)到730℃～750℃之間時，調(diào)整爐內(nèi)氫壓至0.2MPa，保持110分鐘；

4)出爐：封閉真空爐兩端進(jìn)氣口和出氣口，斷電，隨爐冷卻至室溫；

5)抽真空：裝爐，對爐體進(jìn)行抽真空，當(dāng)爐內(nèi)真空度低于10^-4Pa時，送電，加熱至溫度達(dá)到760℃，同時持續(xù)進(jìn)行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氫：保持10^-4Pa、760℃的狀態(tài)10小時；

7)出爐：斷電，降溫至室溫，出爐。

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。