一種細化Ti?5Al?2.5SnELI合金鑄造組織的熱處理工藝的制作方法

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

背景技術：

在現有技術中，傳統熱處理方法不適用于鈦合金，并不能細化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化組織結構。

技術實現要素：

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

本發明的技術方案是：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的升溫降溫過程，以優化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行，除氫處理在真空加熱爐內進行，具體過程為：

1)去除氧化皮：對鑄件進行加工，除去表面的氧化皮；

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

3)置氫：往爐內持續充入氫氣，在出氣口點燃尾氣；送電，使爐子開始加熱，溫度達到730℃～760℃之間時，調整爐內氫壓至0.2MPa～0.5MPa之間，保持80～120分鐘；

4)出爐：封閉真空爐兩端進氣口和出氣口，斷電，隨爐冷卻至室溫；

5)抽真空：取經過置氫處理后的鑄件，裝入真空加熱爐，對爐體進行抽真空，加熱至一定溫度，同時持續進行抽真空，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。

作為優選的技術方案：

步驟2)中，當爐內真空度低于10Pa時，爐內充氬氣進行洗爐，再抽真空至10Pa以內。

步驟3)中充入的氫氣純度大于等于99.999％；當爐子溫度達到740℃～750℃之間時，調整爐內氫壓至0.3MPa～0.4MPa之間，保持90分鐘。

步驟5)中，對爐體進行抽真空，當爐內真空度低于10^-4Pa時，送電，加熱至溫度達到760℃，同時持續進行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

步驟6)中，保持10^-4Pa、760℃的狀態12小時。

本發明的優點是：

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

2.采用本發明所述方法，能夠有效細化鑄造Ti-5Al-2.5Sn ELI合金晶粒，提高其性能，大大擴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℃。

具體實施方式

實施例1

1)去除氧化皮：對鑄件進行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：裝爐，對爐體進行抽真空，當爐內真空度低于10Pa時，爐內充氬氣進行洗爐，再抽真空至10Pa以內；

3)置氫：往爐內持續充入高純氫氣(純度為99.999％)，在出氣口點燃尾氣；送電，使爐子開始加熱，溫度達到740℃～760℃之間時，調整爐內氫壓至0.2MPa，保持100分鐘；

4)出爐：封閉真空爐兩端進氣口和出氣口，斷電，隨爐冷卻至室溫；

5)抽真空：裝爐，對爐體進行抽真空，當爐內真空度低于10^-4Pa時，送電，加熱至溫度達到760℃，同時持續進行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氫：保持10^-4Pa、760℃的狀態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，因為此時氫原子主要以固溶形式存在于合金內部，并沒有氫化物生成。置氫0.321wt％后，金相組織發生細微變化，平均晶粒尺寸變為450μm；當置氫量達到0.515wt％時，金相組織變化比較明顯，平均晶粒尺寸進一步細化至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生明顯細化。

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％的試樣進行除氫后的組織并沒有發生明顯變化，這是因為，較少的氫含量沒有在合金內部生成氫化物，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，其顯微組織出現細化，分析在除氫過程中發生再結晶。滲氫0.515wt％的試樣在除氫之后，晶粒細化更明顯。

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，沒有發生明顯的變化，并且鋸齒中的板條束的寬度也沒有發生明顯的變化。

實施例2

1)去除氧化皮：對鑄件進行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：裝爐，對爐體進行抽真空，當爐內真空度低于10Pa時，爐內充氬氣進行洗爐，再抽真空至10Pa以內；

3)置氫：往爐內持續充入高純氫氣(純度為99.999％)，在出氣口點燃尾氣；送電，使爐子開始加熱，溫度達到740℃～760℃之間時，調整爐內氫壓至0.3MPa，保持100分鐘；

4)出爐：封閉真空爐兩端進氣口和出氣口，斷電，隨爐冷卻至室溫；

5)抽真空：裝爐，對爐體進行抽真空，當爐內真空度低于10^-4Pa時，送電，加熱至溫度達到760℃，同時持續進行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氫：保持10^-4Pa、760℃的狀態12小時；

7)出爐：斷電，降溫至室溫，出爐。

實施例3

1)去除氧化皮：對鑄件進行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：裝爐，對爐體進行抽真空，當爐內真空度低于10Pa時，爐內充氬氣進行洗爐，再抽真空至10Pa以內；

3)置氫：往爐內持續充入高純氫氣(純度為99.999％)，在出氣口點燃尾氣；送電，使爐子開始加熱，溫度達到740℃～760℃之間時，調整爐內氫壓至0.4MPa，保持100分鐘；

4)出爐：封閉真空爐兩端進氣口和出氣口，斷電，隨爐冷卻至室溫；

5)抽真空：裝爐，對爐體進行抽真空，當爐內真空度低于10^-4Pa時，送電，加熱至溫度達到760℃，同時持續進行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氫：保持10^-4Pa、760℃的狀態12小時；

7)出爐：斷電，降溫至室溫，出爐。

實施例4

1)去除氧化皮：對鑄件進行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：裝爐，對爐體進行抽真空，當爐內真空度低于10Pa時，爐內充氬氣進行洗爐，再抽真空至10Pa以內；

3)置氫：往爐內持續充入高純氫氣(純度為99.999％)，在出氣口點燃尾氣；送電，使爐子開始加熱，溫度達到730℃～750℃之間時，調整爐內氫壓至0.2MPa，保持90分鐘；

4)出爐：封閉真空爐兩端進氣口和出氣口，斷電，隨爐冷卻至室溫；

5)抽真空：裝爐，對爐體進行抽真空，當爐內真空度低于10^-4Pa時，送電，加熱至溫度達到760℃，同時持續進行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氫：保持10^-4Pa、760℃的狀態13小時；

7)出爐：斷電，降溫至室溫，出爐。

實施例5

1)去除氧化皮：對鑄件進行加工，除去表面的氧化皮；

2)抽真空：裝爐，對爐體進行抽真空，當爐內真空度低于10Pa時，爐內充氬氣進行洗爐，再抽真空至10Pa以內；

3)置氫：往爐內持續充入高純氫氣(純度為99.999％)，在出氣口點燃尾氣；送電，使爐子開始加熱，溫度達到730℃～750℃之間時，調整爐內氫壓至0.2MPa，保持110分鐘；

4)出爐：封閉真空爐兩端進氣口和出氣口，斷電，隨爐冷卻至室溫；

5)抽真空：裝爐，對爐體進行抽真空，當爐內真空度低于10^-4Pa時，送電，加熱至溫度達到760℃，同時持續進行抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

6)除氫：保持10^-4Pa、760℃的狀態10小時；

7)出爐：斷電，降溫至室溫，出爐。

上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。