[发明专利]一种高强度钛合金板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度钛合金板及其制备方法，属于钛基合金制造领域。

背景技术

Ti-6Al-4V是使用最广泛、最成熟的典型的(α+β)两相钛合金，各 国相继研发的历史已近四十年、并有各自的合金牌号。其成份特征为：合 金元素允许波动范围较宽(Al：5.5％-6.75％)，杂质允许含量较高(Fe： 0.3％max、O：0.2％max、H：0.015％max)；从而带来较高的冶金缺陷可 能性、较低的塑性和韧性及较短的使用寿命。为此，以美、英为首的少数 发达国家又在近20年开发了相应的低间隙合金，如美国UNS R56401、 ASTM F468、Grade 23、AMS4930、Ti-64ELI，英国IMI318ELI，法国 TA6VELI等，广泛应用于低温、医疗、舰船及飞行器等重要领域。其成 份特征为：合金元素允许波动范围较窄(Al：5.5％～6.5％)，杂质允许含 量较低(Fe：0.25％max、O：0.13％max、H：0.0125％)；从而带来较小 的冶金缺陷可能性、较高的塑性和韧性、较好的焊接性能及较长的使用寿 命。比Ti-6Al-4V合金的K1C提高近一倍、da/dN降低达一个数量级，现 已应用在先进的战斗机和新一代民机上。例如，美国将Ti-6Al-4V和 Ti-6Al-4V ELI合金应用于F-16战斗机的水平尾翼转轴、波音767的第一 号驾驶舱风档玻璃窗骨架和UH60A“黑鹰”、SH60B“海鹰”、CH53E“超 级种马”等直升机的主旋翼、尾旋翼转动部件。民机波音747的主起落架 用的支撑梁大型模锻件(重1545kg、长6.2m、宽0.95m、投影面积4.06m2)， 自1969年开始生产直到如今仍在供应中。如今，美国第四代战机F22、 F/A-18E/F等的Ti-6Al-4V(Ti-6Al-4V ELI)钛合金应用已经进入采用更大 型整体模锻件的成熟应用阶段，如F22战斗机零件中钛合金占飞机重量的 41％，其中Ti-6Al-4V ELI又占钛合金重量的87.5％。其中F-22后机身整体式隔框(重1590kg、长3.8m、宽1.7m、投影面积5.53m2)是目前世界 上最大的钛合金闭式模锻件。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种操作方便、工艺可控性强的钛合金板的制备方法。该工艺可使钛合金板保持良好的强度、断裂韧性及塑性的匹配，板材性能批次稳定性提高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高强度钛合金板的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量为：Al  7-8％、Ni  3-4％、Cu 0.9-1％、V 0.3-0.4％、Bi 0.2-0.3％、Si 0.4-0.5％、Sn 0.2-0.3％、Mo  0.09-0.1％、Fe 0.03-0.04％、Co 0.03-0.04％、Cr 0.02-0.03％、Pr 0.01-0.02％、Y 0.01-0.02％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，

所述方法包括以下步骤：

（1）按照钛合金组分进行配料和混料，并压制成块状电极，采用真空自耗电弧炉进行熔炼，然后铸成合金铸锭，

（2）对上述合金铸锭进行均匀化退火处理，首先将合金铸锭加热至1050℃，保温时间为20小时；后降温至920℃，保温时间为8小时；之后以100℃/小时缓慢降温至室温。

（3）对上述进行均匀化退火后的合金铸锭进行锻造，始锻温度为1000℃、终锻温度为950℃，锻造后合金铸锭在900℃，保温8小时；

（4）将锻造后的合金铸锭进行热轧，热轧温度880℃，道次变形量15％，总变形量大于70％，热轧制后空冷至室温，之后对板材进行去应力退火700℃，保温5小时，

（5）冷轧：先除去热轧后板材表面的氧化膜，然后对板材进行第一道次冷轧使板材的厚度减少6％，对冷轧后的板材进行中间退火处理，中间退火温度为640℃，中间退火时间为保温6小时，对退火后的板材再次进行冷轧使板材的厚度减少6％，重复执行中间退火和冷轧步骤，直到使板材达到要求的尺寸；

（6）对板材进行淬火处理，将板材以120℃/小时的升温速率达到淬火温度920℃进行水淬处理；

（7）将淬火后的板材加热至480℃，保温4小时，而后降温至380℃保温3小时，