[0001] 本发明涉及钛合金制备技术领域，尤其涉及高强塑性TB3钛合金丝材及热处理方法及制备方法。

[0002] TB3(Ti‑3.5Al‑10Mo‑8V‑1Fe)合金是一种可热处理强化的亚稳定β型钛合金，主要用于制造使用温度低于300℃的1100～1150MPa级高强度航空航天紧固件材料。随着新一代飞行器研制项目的实施，飞行器对紧固件的力学性能、使用功能和寿命等要求越来越高，希望强度水平能达到1250MPa级，同时还拥有较好的塑形。现有TB3钛合金丝材 固溶时效后的抗拉强度为1100～1180MPa，延伸率为10～18％，难于达到新一代飞行器研制需要的强度水平。

[0003] 钛合金紧固件广泛应用于飞机机体及航天飞行器连接结构中，从战斗机到运输机再到民用航空飞机，单架飞机钛合金紧固件使用量从几万件到几十万件，有的飞机使用量高达70～80万件，用量比较大，而且也是一种重要的关键材料。

[0004] TB3钛合金是国内20世纪90年代研制的一种可热处理强化的亚稳定β型钛合金，具有耐蚀性好、比强度高、可实现时效强化和室温塑性好等综合性能优良的特点，主要用于制造使用温度低于300℃的1100～1150MPa级高强度航空航天紧固件。国内对于该合金的热加工和热处理工艺研究较多，特别是对于固溶处理、固溶时效热处理工艺研究比较多。对于TB3合金 丝材单级时效和双重时效也进行了对比研究(刘娣,刘小花,张晨辉,等.时效工艺对TB3钛合金丝材组织及力学性能的影响[J].铸造技术,2017,38(11):2616‑2618)，单级时效的强度可以达到1154MPa，延伸率达到12％，而双重时效的强度可以达到
1127MPa，延伸率达到15％。

[0005] 众所周知，金属材料的强度和塑形是一对倒置关系，即强度增加会导致塑性降低，当提高塑性时也会导致强度下降。所以，如何在塑形不降低的情况下进一步大幅度提高材料的强度，不仅是材料设计和应用者的希望目标，也是材料工作者不断追求的目标。

[0006] 为了提高合金的强塑性，国内外进行了大量的研究。其中，对钛合金进行形变热处理是一种有效的方法。对于TB3合金的形变热处理工艺，国内也有做过预变形(固溶后分别拉伸5％、10％和20％的预变形量)对TB3合金时效析出行为及其力学性能的影响研究(如：宋振亚,孙巧艳,肖林,等.预变形对TB3合金时效析出行为及其力学性能的影响[J].稀有金属材料与工程,2010,39(05):791‑795)。研究表明：经过5％预变形试样的时效峰值强度比单级时效试样提高了约100MPa(虽然其时效峰值强度也达到了1350MPa，但其延伸率接近
5％。另外，其时效温度是500℃，远低于GJB 2219规定的550℃的要求。通常时效温度越低，强化效果越高，但延伸率下降也很快)。

[0029] 本发明提出的TB3钛合金丝材的制备方法，具有以下步骤：

[0030] 棒坯(或丝材坯料)准备：坯料规格的准备需从成品规格 向前推算，并考虑磨抛去除的0.02mm余量，所以应按照坯料经过30～50％冷变形量加工到半成品尺寸向前推算。因此，经推算坯料的尺寸范围为

[0031] 固溶处理(ST，Solution treatment)：对于 的棒坯坯料进行加热，温度为790～820℃，保温10～20分钟后进行空冷；

[0032] 冷变形(CW，Cold work)：对于固溶处理后的 棒坯或丝材坯料进行30～50％的冷拉拔，加工到半成品尺寸

[0033] 多边化处理(PHT，Polygonization heat treatment)：对 的冷变形半成品进行加热，温度为620～640℃，保温15分钟后进行空冷；

[0034] 时效热处理(A，aging)：对多边化处理后的半成品进行加热，温度为550℃，保温16小时后进行空冷(AC，Air cooling)。

[0035] 精整：对于时效后的丝材进行矫直，然后磨抛到成品尺寸 再进行锯切、平头、收集则为直条丝材成品。

[0036] 本发明的TB3钛合金丝材的直径范围为1.88～7.88mm(如丝材具体的直径典型规格有 φ4.88、 φ6.88、φ7.88mm)，延伸率≥10％，同时抗拉强度达到≥1280MPa。

[0037] 实施例1 TB3丝材 丝材

[0038] (1)棒坯准备：坯料规格的准备需从成品规格 向前推算，并考虑磨抛去除的0.02mm余量，按照坯料经过50％冷变形量加工到 半成品尺寸向前推算。因此，经推算坯料的尺寸为

[0039] (2)固溶处理：对 的棒坯进行加热，温度为820℃，保温20分钟后进行空冷。

[0040] (3)冷变形：对于固溶处理后的 棒坯进行50％的冷拉拔，加工到半成品尺寸

[0041] (4)多边化处理：对7.9mm的半成品进行加热，温度为640℃，保温15分钟后进行空冷。

[0042] (5)时效热处理：对多边化处理后的半成品进行加热，温度为550℃，保温16小时后进行空冷。

[0043] (6)精整：对于时效后的丝材进行矫直，然后磨抛到成品尺寸 再进行锯切、平头，收集则为直条丝材成品。

[0044] (7)成品性能检测：室温力学性能：抗拉强度为1349MPa，延伸率11.6％。

[0045] 实施例2 TB3丝材 丝材

[0046] (1)棒坯准备：坯料规格的准备需从成品规格 向前推算，并考虑磨抛去除的0.02mm余量，按照坯料经过40％冷变形量加工到 半成品尺寸向前推算。因此，经推算坯料的尺寸为

[0047] (2)固溶处理：对 的棒坯进行加热，温度为800℃，保温16分钟后进行空冷。

[0048] (3)冷变形：对于固溶处理后的 棒坯进行40％的冷拉拔，加工到半成品尺寸

[0049] (4)多边化处理：对5.9mm的半成品进行加热，温度为630℃，保温15分钟后进行空冷。

[0050] (5)时效热处理：对多边化处理后的半成品进行加热，温度为550℃，保温16小时后进行空冷。

[0051] (6)精整：对于时效后的丝材进行矫直，然后磨抛到成品尺寸 再进行锯切、平头，收集则为直条丝材成品。

[0052] (7)成品性能检测：室温力学性能：抗拉强度为1318MPa，延伸率12.1％。

[0053] 实施例3 TB3丝材 丝材

[0054] (1)棒坯准备：坯料规格的准备需从成品规格 向前推算，并考虑磨抛去除的0.02mm余量，按照坯料经过30％冷变形量加工到 半成品尺寸向前推算。因此，经推算坯料的尺寸为

[0055] (2)固溶处理：对 的棒坯进行加热，温度为790℃，保温10分钟后进行空冷。

[0056] (3)冷变形：对于固溶处理后的 棒坯进行30％的冷拉拔，加工到半成品尺寸

[0057] (4)多边化处理：对1.9mm的半成品进行加热，温度为620℃，保温15分钟后进行空冷。

[0058] (5)时效热处理：对多边化处理后的半成品进行加热，温度为550℃，保温16小时后进行空冷。

[0059] (6)精整：对于时效后的丝材进行矫直，然后磨抛到成品尺寸 再进行锯切、平头，收集则为直条丝材成品。

[0060] (7)成品性能检测：室温力学性能：抗拉强度为1312MPa，延伸率12.3％。

[0061] 对比例1 TB3丝材 丝材

[0062] 该对比例采用的工艺为实施例1工艺中，不进行冷变形、多边化处理，对产品形成检测得到如下表中的数据。

[0063] 对比例2 TB3丝材 丝材

[0064] 该对比例采用的工艺为实施例2工艺中，不进行冷变形、多边化处理，对产品形成检测得到如下表中的数据。

[0065] 对比例3 TB3丝材 丝材

[0066] 该对比例采用的工艺为实施例3工艺中，不进行冷变形、多边化处理，对产品形成检测得到如下表中的数据。

[0067] 图1为本发明热处理制度曲线图。该图中工艺过程及参数对比如表2。

[0068]

[0069] 注：表中ST为固溶处理；STA为固溶+时效处理；CW为冷变形；PHT为多边化热处理；A为时效处理。

[0070] 由图可以看出，本发明的实施例采用的热处理方法为固溶处理+冷变形(预变形)+多边化处理+时效处理，在现有技术的基础上，增加了冷变形和多边化热处理工艺，且冷变形的变形量达到30～50％，远远大于现有技术研究的水平，通过本热处理工艺的研究，达到延伸率≥10％的前提下，抗拉强度达到1280～1350MPa，制备的丝材同时具有高的强度和较好的塑形，实现了高强度和较好塑性的良好匹配，形成综合性能优良的钛合金丝材。

[0071] 以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。