CN105057355A - 一种改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法 - Google Patents

Abstract

一种改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法，本发明将塑性变形能力优异的纯钛覆板焊接在钛合金板坯轧制表面，并抽真空封焊，避免了钛合金板坯加热过程中覆板与钛合金板坯结合面的氧化，进而使覆板轧制复合至板坯，且结合牢固，轧制复合的纯钛覆板形成具有保温及隔离作用的保护层，一火轧制过程中该保护层避免了钛合金表面直接与温度较低的空气及轧辊直接接触，有效减缓表面温降，提高了塑性变形能力，从而起到减少一火轧制裂纹的目的，本发明操作简单、成本低，适用于工业大批量生产。

Description

一种改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法

【技术领域】

本发明涉及钛及钛合金板材加工领域，具体涉及一种改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法。

【背景技术】

已知的，由于钛合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐热、无磁、生物相容性好等优点，被广泛应用于航空航天、石油、海洋、医疗等领域；但钛合金板塑性加工能力差，热轧变形过程中表面易开裂形成裂纹，尤其是一火轧制由于板坯组织粗大、轧程变形量大(一般≥80%)、表面温降快，裂纹最为严重。钛合金板经一火轧制后组织得到细化，塑性加工能力提升，因此在后续二火、三火轧制过程中，裂纹形成倾向较小。钛合金一火轧制表面裂纹随Al当量及强度的提高而恶化，当Al当量＞6.0%时甚至难以进行轧制生产。传统方法是通过扒皮抛光修磨方法去除裂纹，但修磨工作量大、工况恶劣，而且原材料及磨料损耗大，此外裂纹缺陷易遗留至成品，使产品得料率及质量大幅降低，生产周期延长，加工成本提高，严重制约了钛合金板材批量生产，因此如何改善钛合金板一火轧制表面裂纹，是降低生产成本、提高产品质量的关键。

【发明内容】

为了克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法，本发明将塑性变形能力优异的纯钛覆板焊接在钛合金板坯轧制表面，并抽真空封焊，避免了钛合金板坯加热过程中覆板与钛合金板坯结合面的氧化，进而使覆板轧制复合至板坯，且结合牢固，轧制复合的纯钛覆板形成具有保温及隔离作用的保护层，一火轧制过程中该保护层避免了钛合金表面直接与温度较低的空气及轧辊直接接触，有效减缓表面温降，提高了塑性变形能力，从而起到减少一火轧制裂纹的目的，本发明尤其对高Al当量、高强难变形钛合金效果显著。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法，具体步骤如下：

第一步，加工钛合金板坯及覆板：

首先对钛合金板坯的上下两个表面进行加工，使其表面平整，然后准备两块长宽尺寸与钛合金板坯相同的覆板；

第二步，表面处理：

接上步，对钛合金板坯及覆板的表面分别进行抛光，去除表面氧化膜及油污，使其表面洁净；

第三步，焊接固定覆板：

接上步，将其中一块覆板置于钛合金板坯的上表面，对齐边部，然后使用焊机将覆板焊接在钛合金板坯上表面并贴合，焊点或焊缝均匀分布于覆板整个板面，进一步，将另一块覆板置于钛合金板坯的下表面，对齐边部，然后使用焊机将覆板焊接在钛合金板坯下表面并贴合，焊点或焊缝均匀分布于覆板整个板面；

第四步，抽真空封焊：

接上步，将焊接好覆板的钛合金板坯置于真空箱内，抽真空，然后使用电子束焊沿覆板与钛合金板坯边部进行封焊，使覆板与板坯之间保持真空密封。

所述的改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法，所述第一步中钛合金板坯的上下两个大表面进行刨铣加工，覆板固定在钛合金板坯的表面，所述覆板的材质为纯钛，厚度为0.6～2.0mm，不平度≤15mm。

所述的改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法，所述第二步中对钛合金板坯及覆板表面进行抛光时使用60#千叶轮进行抛光。

所述的改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法，所述第三步中焊机为激光焊，钛合金板坯与覆板的焊接面积≥2%。

所述的改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法，所述第四步中真空箱内的真空抽至≤1.0Pa。

采用如上所述的技术方案，具有如下有益效果：

本发明所述的一种改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法，本发明将塑性变形能力优异的纯钛覆板焊接在钛合金板坯轧制表面，并抽真空封焊，避免了钛合金板坯加热过程中覆板与钛合金板坯结合面的氧化，进而使覆板轧制复合至板坯，且结合牢固，轧制复合的纯钛覆板形成具有保温及隔离作用的保护层，一火轧制过程中该保护层避免了钛合金表面直接与温度较低的空气及轧辊直接接触，有效减缓表面温降，提高了塑性变形能力，从而起到减少一火轧制裂纹的目的，本发明适用于高Al当量、高强难变形钛合金板材生产，也适用于其它高强低塑性金属材料热加工。采用本发明工艺方法，钛合金板一火轧制表面裂纹明显减少，钛板修磨工作量及磨料损耗大幅降低，成品得料率及质量得到极大改善，同时使高Al当量、高强难变形钛合金板生产变得容易。此外，本发明操作简单、成本低，适用于工业大批量生产。

【附图说明】

图1为采用本发明制备的钛合金一火板的效果图；

图2为未采用本发明制备的钛合金一火板的效果图；

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

本发明所述的一种改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法，具体步骤如下：

第一步，加工钛合金板坯及覆板：

首先对钛合金板坯的上下两个表面进行刨铣加工，使其表面平整，然后准备两块长宽尺寸与钛合金板坯相同的覆板；覆板固定在钛合金板坯的表面，所述覆板的材质为纯钛，厚度为0.6～2.0mm，不平度≤15mm；

第二步，表面处理：

接上步，使用60#或更细千叶轮对钛合金板坯及覆板的表面分别进行抛光，去除表面氧化膜及油污，使其表面洁净；

第三步，焊接固定覆板：

接上步，将其中一块覆板置于钛合金板坯的上表面，对齐边部，然后使用激光焊将覆板焊接在钛合金板坯上表面并贴合，焊点或焊缝均匀分布于覆板整个板面，进一步，将另一块覆板置于钛合金板坯的下表面，对齐边部，然后使用焊机将覆板焊接在钛合金板坯下表面并贴合，焊点或焊缝均匀分布于覆板整个板面；钛合金板坯与覆板的焊接面积≥2%；

第四步，抽真空封焊：

接上步，将焊接好覆板的钛合金板坯置于真空箱内，抽真空至≤1.0Pa，然后使用电子束焊沿覆板与钛合金板坯边部进行封焊，使覆板与板坯之间保持真空密封。

本发明适用于高Al当量、高强难变形钛合金板材生产，也适用于其它高强低塑性金属材料热加工。

本发明具有以下创新点及优点：

①工艺方法新颖，采用在钛合金板坯表面焊接固定纯钛覆板方法改善其一火轧制表面裂纹；

②生产效率高，由于一火轧制钛合金板裂纹得到明显改善，一火板修磨效率得到显著提高；

③加工成本低，本专利方法钛合金板坯无需经过多火次锻造改善轧制组织提高变形塑性，节省了锻造成本，同时也大幅降低了钛合金板一火轧制表面裂纹修磨成本；

④可实现大批量稳定生产。

本发明的具体实施例如下：

实例一：

第一步，加工钛合金板坯及覆板：

使用高Al当量、高强难变形TA11(Ti-8Al-1Mo-1V)钛合金板坯作为原材料，其Al当量高达8.0%，室温强度可达1100MPa以上，将TA11钛合金板坯表面经刨铣机加工，尺寸为140×900×900mm，表面平整，TA1纯钛覆板规格为1.0×900×900mm，不平度为5mm/m；

第二步，表面处理：

使用60#千叶轮对钛合金板坯及覆板表面进行抛光，去除表面氧化膜、油污等异物，使其表面清洁；

第三步，焊接固定覆板：

将TA1覆板置于TA11钛合金板坯上，边部对齐，使用激光焊进行点焊焊接，使覆板焊接贴合于板坯轧制表面，焊点均匀分布，焊接面积5%，钛合金板坯上下表面均采用上述方法焊接固定覆板；

第四步，抽真空封焊：

将已固定覆板的板坯置入真空箱内，抽真空至1.5×10^-2Pa，然后使用电子束焊接方法，沿覆板与钛合金板坯边部进行封焊，使覆板与板坯之间结合面保持真空密封，钛合金板坯上下覆板均采用上述方法抽真空封焊。

将经本发明获得的TA11钛合金板坯进行一火轧制，工艺为：

①板坯加热工艺：板坯装炉温度700～900℃，加热温度1000～1100℃，加热保温时间以1.5±0.2min/mm计算，保温结束后出炉轧制；

②轧制工艺：一火轧程变形率为87%，道次变形率6～25%，一火轧制后厚度18mm；

③分切：对一火轧制钛合金板进行分切，分切后名义规格为18×900×1060mm；

④修磨：然后使用砂轮及千叶轮对表面进行扒皮抛光修磨处理，目的是去除表面纯钛残留及少量裂纹缺陷，满足二火轧制表面质量要求。

采用上述方法制备的18×900×1060mm钛合金一火板，表面裂纹平均深度为0.2mm，表面质量较好，效果如图1所示。

对比例：

采用相同的板坯加热、轧制、分切及打磨工艺，对未经处理的相同牌号、规格及制备工艺获得的TA11板坯进行加工。制备的18×900×1060mm相同规格钛合金一火板，表面裂纹平均深度达1.5mm，表面质量较差，效果如图2所示。

经对比，与未经处理的板坯相比，采用本发明处理的TA11钛合金板坯轧制一火板，表面裂纹深度由1.5mm降低至0.2mm，修磨TA11原材料损耗由16.67%降低为2.22%，扒皮抛光修磨磨料损耗减少70%以上，同时一火板扒皮抛光修磨生产效率提高5倍，具体见下表，可见本发明具有明显优势。

对比项目	平均裂纹深度	修磨钛合金原材料损耗	一火板修磨生产效率
				实施例	0.2mm	2.22%	5块/人/8h
对比例	1.5mm	16.67%	1块/人/8h

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的。但是应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (5)

1.一种改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法，其特征是：具体步骤如下：

第一步，加工钛合金板坯及覆板：

首先对钛合金板坯的上下两个表面进行加工，使其表面平整，然后准备两块长宽尺寸与钛合金板坯相同的覆板；

第二步，表面处理：

接上步，对钛合金板坯及覆板的表面分别进行抛光，去除表面氧化膜及油污，使其表面洁净；

第三步，焊接固定覆板：

接上步，将其中一块覆板置于钛合金板坯的上表面，对齐边部，然后使用焊机将覆板焊接在钛合金板坯上表面并贴合，焊点或焊缝均匀分布于覆板整个板面，进一步，将另一块覆板置于钛合金板坯的下表面，对齐边部，然后使用焊机将覆板焊接在钛合金板坯下表面并贴合，焊点或焊缝均匀分布于覆板整个板面；

第四步，抽真空封焊：

接上步，将焊接好覆板的钛合金板坯置于真空箱内，抽真空，然后使用电子束焊沿覆板与钛合金板坯边部进行封焊，使覆板与板坯之间保持真空密封。

2.根据权利要求1所述的改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法，其特征是：所述第一步中钛合金板坯的上下两个大表面进行刨铣加工，覆板固定在钛合金板坯的表面，所述覆板的材质为纯钛，厚度为0.6～2.0mm，不平度≤15mm。

3.根据权利要求1所述的改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法，其特征是：所述第二步中对钛合金板坯及覆板表面进行抛光时使用60#千叶轮进行抛光。

4.根据权利要求1所述的改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法，其特征是：所述第三步中焊机为激光焊，钛合金板坯与覆板的焊接面积≥2%。

5.根据权利要求1所述的改善钛合金板一火轧制表面裂纹的方法，其特征是：所述第四步中真空箱内的真空抽至≤1.0Pa。