CN105349808A - 一种钛合金板材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种钛合金板材的制备方法，所述合金的各组分质量百分含量包括：Al4-5％、Ni1-2％、Cu0.7-0.8％、V0.5-0.7％、Bi0.1-0.2％、Si0.1-0.2％、In0.07-0.09％、Ni0.05-0.06％、Pd0.03-0.04％、Pr0.03-0.04％、Y0.01-0.02％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，并通过铸锭，退火处理，锻造，热轧，冷轧，淬火处理，保温得到所述钛合金板材，钛合金板材强度达到1200MPa以上。

Description

一种钛合金板材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种钛合金板材的制备方法，属于锡基合金制造领域。
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UNSR56401、ASTMF468、Grade23、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-4VELI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-4VELI)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-4VELI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材的制备方法。该工艺可使钛合金板材保持良好的强度、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：
一种钛合金板材的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al4-5％、Ni1-2％、Cu0.7-0.8％、V0.5-0.7％、Bi0.1-0.2％、Si0.1-0.2％、In0.07-0.09％、Ni0.05-0.06％、Pd0.03-0.04％、Pr0.03-0.04％、Y0.01-0.02％，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)先将钛合金组分元素按照比例准备原料，将原料放到熔炼炉中熔炼，然后浇入铸模形成合金铸锭，(2)对上述合金铸锭进行均匀化退火处理，然后随炉冷却，均匀化退火温度为1030℃，保温时间为16小时；(3)对上述进行退火后的合金铸锭进行加热的始锻温度为910℃、终锻温度为810℃，锻造后合金铸锭在970℃下，保温4小时；(4)热轧：将上述保温后的铸坯经过5道次热轧形成板材，热轧的温度范围为880℃；(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冷轧使板材的厚度减少8％，对冷轧后的板材进行中间退火处理，中间退火温度为650℃，中间退火时间为5小时，对退火后的板材再次进行冷轧使板材的厚度减少8％，重复执行冷轧和中间退火步骤，直到使板材达到要求的尺寸要求；(6)对板材进行淬火处理，淬火温度为900℃的温度进行水淬处理；(7)将淬火后的板材加热至450℃，保温3小时，得到所述钛合金板材。
所述的钛合金板材的制备方法，化学成分重量百分比为：Al4.5％。
所述的钛合金板材的制备方法，化学成分重量百分比为：Ni1.5％。
所述的钛合金板材的制备方法，化学成分重量百分比为：Cu0.75％。
所述的钛合金板材的制备方法，化学成分重量百分比为：V0.6％。
所述的钛合金板材的制备方法，化学成分重量百分比为：Bi0.15％。
所述的钛合金板材的制备方法，化学成分重量百分比为：Si0.15％。
所述的钛合金板材的制备方法，化学成分重量百分比为：In0.08％。
所述的钛合金板材的制备方法，化学成分重量百分比为：Ni0.055％。
所述的钛合金板材的制备方法，化学成分重量百分比为：Pd0.035％。
所述的钛合金板材的制备方法，化学成分重量百分比为：Pr0.035％。
所述的钛合金板材的制备方法，化学成分重量百分比为：Ce0.015％。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明与现有技术相比具有什么优点：本发明加工窗口较宽，组织均匀性容易控制，能充分发挥低间隙钛合金的性能优势，加工的材料强度、韧性及塑性匹配良好，板材性能的批次稳定性得到提高。强度达到指标要求，强度达到1200MPa以上。
具体实施方式
实施例1：
提供一种钛合金板材的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al4％、Ni1％、Cu0.7％、V0.5％、Bi0.1％、Si0.1％、In0.07％、Ni0.05％、Pd0.03％、Pr0.03％、Y0.01％，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)先将钛合金组分元素按照比例准备原料，将原料放到熔炼炉中熔炼，然后浇入铸模形成合金铸锭，(2)对上述合金铸锭进行均匀化退火处理，然后随炉冷却，均匀化退火温度为1030℃，保温时间为16小时；(3)对上述进行退火后的合金铸锭进行加热的始锻温度为910℃、终锻温度为810℃，锻造后合金铸锭在970℃下，保温4小时；(4)热轧：将上述保温后的铸坯经过5道次热轧形成板材，热轧的温度范围为880℃；(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冷轧使板材的厚度减少8％，对冷轧后的板材进行中间退火处理，中间退火温度为650℃，中间退火时间为5小时，对退火后的板材再次进行冷轧使板材的厚度减少8％，重复执行冷轧和中间退火步骤，直到使板材达到要求的尺寸要求；(6)对板材进行淬火处理，淬火温度为900℃的温度进行水淬处理；(7)将淬火后的板材加热至450℃，保温3小时，得到所述钛合金板材。
实施例2：
提供一种钛合金板材的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al5％、Ni2％、Cu0.8％、V0.7％、Bi0.2％、Si0.2％、In0.09％、Ni0.06％、Pd0.04％、Pr0.04％、Y0.02％，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)先将钛合金组分元素按照比例准备原料，将原料放到熔炼炉中熔炼，然后浇入铸模形成合金铸锭，(2)对上述合金铸锭进行均匀化退火处理，然后随炉冷却，均匀化退火温度为1030℃，保温时间为16小时；(3)对上述进行退火后的合金铸锭进行加热的始锻温度为910℃、终锻温度为810℃，锻造后合金铸锭在970℃下，保温4小时；(4)热轧：将上述保温后的铸坯经过5道次热轧形成板材，热轧的温度范围为880℃；(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冷轧使板材的厚度减少8％，对冷轧后的板材进行中间退火处理，中间退火温度为650℃，中间退火时间为5小时，对退火后的板材再次进行冷轧使板材的厚度减少8％，重复执行冷轧和中间退火步骤，直到使板材达到要求的尺寸要求；(6)对板材进行淬火处理，淬火温度为900℃的温度进行水淬处理；(7)将淬火后的板材加热至450℃，保温3小时，得到所述钛合金板材。
实施例3：
提供一种钛合金板材的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al4.5％、Ni1.5％、Cu0.75％、V0.6％、Bi0.15％、Si0.15％、In0.08％、Ni0.055％、Pd0.035％、Pr0.035％、Y0.015％，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)先将钛合金组分元素按照比例准备原料，将原料放到熔炼炉中熔炼，然后浇入铸模形成合金铸锭，(2)对上述合金铸锭进行均匀化退火处理，然后随炉冷却，均匀化退火温度为1030℃，保温时间为16小时；(3)对上述进行退火后的合金铸锭进行加热的始锻温度为910℃、终锻温度为810℃，锻造后合金铸锭在970℃下，保温4小时；(4)热轧：将上述保温后的铸坯经过5道次热轧形成板材，热轧的温度范围为880℃；(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冷轧使板材的厚度减少8％，对冷轧后的板材进行中间退火处理，中间退火温度为650℃，中间退火时间为5小时，对退火后的板材再次进行冷轧使板材的厚度减少8％，重复执行冷轧和中间退火步骤，直到使板材达到要求的尺寸要求；(6)对板材进行淬火处理，淬火温度为900℃的温度进行水淬处理；(7)将淬火后的板材加热至450℃，保温3小时，得到所述钛合金板材。
实施例4：
提供一种钛合金板材的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al4％、Ni1.5％、Cu0.75％、V0.6％、Bi0.15％、Si0.15％、In0.08％、Ni0.055％、Pd0.035％、Pr0.035％、Y0.015％，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)先将钛合金组分元素按照比例准备原料，将原料放到熔炼炉中熔炼，然后浇入铸模形成合金铸锭，(2)对上述合金铸锭进行均匀化退火处理，然后随炉冷却，均匀化退火温度为1030℃，保温时间为16小时；(3)对上述进行退火后的合金铸锭进行加热的始锻温度为910℃、终锻温度为810℃，锻造后合金铸锭在970℃下，保温4小时；(4)热轧：将上述保温后的铸坯经过5道次热轧形成板材，热轧的温度范围为880℃；(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冷轧使板材的厚度减少8％，对冷轧后的板材进行中间退火处理，中间退火温度为650℃，中间退火时间为5小时，对退火后的板材再次进行冷轧使板材的厚度减少8％，重复执行冷轧和中间退火步骤，直到使板材达到要求的尺寸要求；(6)对板材进行淬火处理，淬火温度为900℃的温度进行水淬处理；(7)将淬火后的板材加热至450℃，保温3小时，得到所述钛合金板材。
实施例5：
提供一种钛合金板材的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al4％、Ni2％、Cu0.75％、V0.6％、Bi0.15％、Si0.15％、In0.08％、Ni0.055％、Pd0.035％、Pr0.035％、Y0.015％，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)先将钛合金组分元素按照比例准备原料，将原料放到熔炼炉中熔炼，然后浇入铸模形成合金铸锭，(2)对上述合金铸锭进行均匀化退火处理，然后随炉冷却，均匀化退火温度为1030℃，保温时间为16小时；(3)对上述进行退火后的合金铸锭进行加热的始锻温度为910℃、终锻温度为810℃，锻造后合金铸锭在970℃下，保温4小时；(4)热轧：将上述保温后的铸坯经过5道次热轧形成板材，热轧的温度范围为880℃；(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冷轧使板材的厚度减少8％，对冷轧后的板材进行中间退火处理，中间退火温度为650℃，中间退火时间为5小时，对退火后的板材再次进行冷轧使板材的厚度减少8％，重复执行冷轧和中间退火步骤，直到使板材达到要求的尺寸要求；(6)对板材进行淬火处理，淬火温度为900℃的温度进行水淬处理；(7)将淬火后的板材加热至450℃，保温3小时，得到所述钛合金板材。
实施例6：
提供一种钛合金板材的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al4％、Ni2％、Cu0.8％、V0.6％、Bi0.15％、Si0.15％、In0.08％、Ni0.055％、Pd0.035％、Pr0.035％、Y0.015％，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)先将钛合金组分元素按照比例准备原料，将原料放到熔炼炉中熔炼，然后浇入铸模形成合金铸锭，(2)对上述合金铸锭进行均匀化退火处理，然后随炉冷却，均匀化退火温度为1030℃，保温时间为16小时；(3)对上述进行退火后的合金铸锭进行加热的始锻温度为910℃、终锻温度为810℃，锻造后合金铸锭在970℃下，保温4小时；(4)热轧：将上述保温后的铸坯经过5道次热轧形成板材，热轧的温度范围为880℃；(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冷轧使板材的厚度减少8％，对冷轧后的板材进行中间退火处理，中间退火温度为650℃，中间退火时间为5小时，对退火后的板材再次进行冷轧使板材的厚度减少8％，重复执行冷轧和中间退火步骤，直到使板材达到要求的尺寸要求；(6)对板材进行淬火处理，淬火温度为900℃的温度进行水淬处理；(7)将淬火后的板材加热至450℃，保温3小时，得到所述钛合金板材。

Claims (6)

1.一种钛合金板材的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al4-5％、Ni1-2％、Cu0.7-0.8％、V0.5-0.7％、Bi0.1-0.2％、Si0.1-0.2％、In0.07-0.09％、Ni0.05-0.06％、Pd0.03-0.04％、Pr0.03-0.04％、Y0.01-0.02％，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)先将钛合金组分元素按照比例准备原料，将原料放到熔炼炉中熔炼，然后浇入铸模形成合金铸锭，(2)对上述合金铸锭进行均匀化退火处理，然后随炉冷却，均匀化退火温度为1030℃，保温时间为16小时；(3)对上述进行退火后的合金铸锭进行加热的始锻温度为910℃、终锻温度为810℃，锻造后合金铸锭在970℃下，保温4小时；(4)热轧：将上述保温后的铸坯经过5道次热轧形成板材，热轧的温度范围为880℃；(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冷轧使板材的厚度减少8％，对冷轧后的板材进行中间退火处理，中间退火温度为650℃，中间退火时间为5小时，对退火后的板材再次进行冷轧使板材的厚度减少8％，重复执行冷轧和中间退火步骤，直到使板材达到要求的尺寸要求；(6)对板材进行淬火处理，淬火温度为900℃的温度进行水淬处理；(7)将淬火后的板材加热至450℃，保温3小时，得到所述钛合金板材。
2.如权利要求1所述的钛合金板材的制备方法，化学成分重量百分比为：Al4.5％。
3.如权利要求1所述的钛合金板材的制备方法，化学成分重量百分比为：Ni1.5％。
4.如权利要求1所述的钛合金板材的制备方法，化学成分重量百分比为：Cu0.75％。
5.如权利要求1所述的钛合金板材的制备方法，化学成分重量百分比为：V0.6％。
6.如权利要求1所述的钛合金板材的制备方法，化学成分重量百分比为：Bi0.15％。
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