[发明专利]TC18钛合金板材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种TC18钛合金板材的制备方法，特别是涉及一种超高强韧钛合金板材的制备工艺技术。

背景技术

TC18钛合金是一种高强高韧近β钛合金，具有强度高（≥1100MPa）、断裂韧性好（K_1C≥50MPa·m^1/2）、屈服强度与抗拉强度差值小等优点，其大型承力结构件已在航空航天领域得到广泛应用。

但是，由于TC18合金的变形抗力大、变形难度高，尤其在固溶态下冷轧变形量小（≤ 25%），因此采用传统的钛及钛合金热轧-冷轧-热处理-成品制度，难以实现TC18合金板材的加工。限制了TC18合金的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备TC18板材的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

（1）锭坯改锻：

将TC18合金锻坯改锻，改锻温度780~850℃，改锻后板坯厚度40~60mm，火次为3～25，α相含量控制在35～50%；

（2）固溶处理：

固溶温度750℃~850℃，保温时间1~3h；

（3）热轧：

热轧温度650~850℃，道次变形量10~20%，总变形量大于50~80%，然后空冷至0～50℃；

（4）去应力与α相调质热处理：

热处理温度650~800℃，保温时间1~3h，保温完成后冷却至0～50℃；

（5）表面处理：

采用钢球或者氧化锆或者氧化铝喷丸处理除去板材表面氧化皮后进行酸洗，酸洗液体积比配方为HF:HNO₃:H₂O=6~8:10~12:80~85，HF和HNO₃的纯度为工业纯，酸洗温度为55~65℃；

（6）冷轧：

道次变形量为3~8%，总变形量为15~40%；

（7）时效热处理：

热处理温度400~620℃，时间4~10h，冷却至0～50℃。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

①首次将热处理穿插融合入整个热轧和冷轧加工过程，其中通过步骤（2）固溶处理获得尺寸2μm~5μm、含量15%~20%的球形α相，有利于热轧变形；通过步骤（4）调质处理进一步形成含量10%左右的粗针片α相，有利于冷轧变形；通过步骤（7）时效处理进一步析出含量10%左右的超细针状α相，有利于提高合金最终强度。上述在不同工艺阶段进行相应的相组织调控，能够保证TC18薄板轧制变形顺利进行，并有利于合金力学性能的匹配性调整。

②工艺简单易行，加工窗口较宽，工艺稳定性强，并容易实现微观组织的调控以及相应合金力学性能的匹配。

③通过轧制和热处理等工艺条件的控制，可获得多种强韧级别的TC18板材，满足不同的性能要求，其中高强度级别板材强度达1300MPa以上；低强高韧级别板材强度达1100MPa以上，同时断裂韧性保持在60MPa·m^1/2以上。

具体实施方式

下面结合实施实例对本发明做进一步说明。

实施例1

（1）锭坯改锻：

把截面尺寸110mm×200mm的TC18方坯在3000T油压快锻机上改锻，天然气炉加热，改锻分12火完成：第1至6火在850℃进行，保温2h后出炉锻造，经4次镦粗4次拔长后完成；第7至12火在800℃进行，保温2h后出炉锻造，经4次镦粗4次拔长后完成，并在第12火改锻成板坯，板坯尺寸20mm×300mm×450mm；

（2）固溶处理：

将改锻后的板坯放入天然气加热炉中，加热温度840℃，保温1h。

（3）热轧：

热轧在辊径550mm规格的热轧机上进行轧制，第一道次压下量为10%，第二道次压下量为15%，经6道次轧制后，最终轧制成厚度约4.5mm的板材。

（4）去应力与α相调质热处理：

将热轧板放入天然气加热炉，加热温度800℃，保温1h后，空冷至30℃。

（5）表面处理：

采用3~5mm氧化铝球进行喷丸处理除去板材表面氧化皮，并进行酸洗，体积比配方为HF:HNO₃:H₂O=6:11:83，HF和HNO₃的纯度为工业纯，酸洗温度为55℃。

（6）冷轧：