CN106583908A - 一种层状高强轻质钛铝复合板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种层状高强轻质钛铝复合板及其制备方法，属于层状复合材料制备加工技术领域。该复合板由LY12铝合金基层和TA18钛合金覆层构成，TA18层和LY12层的厚度比例为1:2。该层状钛铝复合板的制备方法，包括如下步骤：(1)原材料的选择(2)原材料表面处理(3)爆炸焊接(4)软化退火(5)冷轧加工(6)热处理与校平。本发明制备的层状高强轻质TA18/LY12钛铝复合板力学性能优良，能够在航空、航天器材和武器装备等领域得到实际应用。

Description

一种层状高强轻质钛铝复合板及其制备方法
技术领域
本发明属于层状复合材料制备加工技术领域，具体涉及一种层状高强轻
质钛铝复合板及其制备方法。
背景技术
钛合金具有许密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温冲击等优点，但价格较高。铝合金比重低，价格低廉，但强度和耐高温性能较差。如能将二者的优点结合起来，制备出一种高强轻质结构用板材，可以在航空，航天、运输、防护等多领域得到应用。由于钛合金、铝合金两种材料性能差异较大，如何使其很好地结合，并实现高的强度性能和成型性能，成为急需解决的问题。爆炸焊接是一种普遍应用的制造异种金属层状复合板的工艺技术，钛板和铝板通常通过爆炸焊接的方法实现连接。但如果为了实现高强度要求，直接将高强钛合金与铝合金板进行爆炸焊接，由于两者性能差异过大，爆炸结合质量难以满足要求，爆炸产生的应力将很难消除，影响后续的使用。
本发明针对爆炸复合制备高强铝钛复合板存在的问题，提供了一种“爆炸+轧制”的复合板的制备方法。即使用中等强度但塑性较高的TA18钛合金，降低爆炸加工难度，通过爆炸方法实现钛、铝的初步复合，再通过冷轧-热处理过程，将较厚的爆炸复合板轧制变薄，一方面使TA18强度提高，另一方面能够逐步消除爆炸应力，从而制备出满足尺寸性能要求的高强钛铝复合板。
发明内容
本发明针对爆炸复合制备高强铝钛复合板存在的问题，提供了一种层状高强轻质钛铝复合板及其制备方法，其特征在于，该层状钛铝复合板由铝合金基层和钛覆层构成，钛覆层与铝合金基层的厚度比例为1∶2，层状钛铝复合板总厚度为2.0～4.0mm。
所述钛覆层为钛合金TA18，厚度为0.65～1.35mm；所述铝合金基层为铝合金LY12，厚度为1.35mm～2.7mm。
一种层状高强轻质钛铝复合板的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
(1)冷轧钛合金TA18板和铝合金LY12板材作为爆炸焊接初始坯料，TA18板进行真空软化退火，LY12板为退火态；
(2)对TA18板进行机械打磨处理，对LY12板进行酸洗钝化处理；
(3)将处理好的TA18和LY12板材进行爆炸焊接，所述爆炸焊接采用硝铵混合炸药，其组成为：硝酸铵质量百分比60-80％、TNT质量百分比为3-10％、柴油质量百分比1-10％、余量为锯末，炸药的爆速为2000～4000m/s，药高度为15～30mm，安装间隙为1～4mm，间隙支撑物采用纯铝或纯钛薄片制作；TA18在下，LY12在上，基础炮台为50～100mm厚的钢板，放置在平坦地面，上铺100～300mm厚细砂作为地基，在LY12上表面涂抹2～4mm厚的耐热黄油作为保护层；
(4)将爆炸焊接好的钛铝复合板进行软化退火处理；
(5)对钛铝复合板进行冷轧加工，加工过程中进行退火处理；
(6)按照LY12板材淬火制度对冷轧钛铝复合板进行热处理强化，配合多辊矫平处理，获得高强轻质钛铝复合板材。
所述步骤(1)中TA18板两面包覆0.1～0.3mm厚的纯钛，延伸率＞45％；LY12板两面包覆0.2～0.5mm厚纯铝，延伸率＞25％。
所述步骤(4)中软化退火温度为410～480℃，保温时间3～10小时。
所述步骤(5)中冷轧道次加工率为10％～20％，总共进行2～6道次，总加工率40～60％，加工过程的退火温度为410～480℃，保温时间为3～10小时。
本发明的优点是：不直接使用高强低塑钛合金，使用中等强度塑性较好的TA18钛合金，改善爆炸复合条件，通过冷轧加工配合热处理实现强度、塑性、尺寸、板型等综合性能匹配良好的高强轻质钛铝板制备，从而使该产品能够在航空、航天器材和武器装备等领域得到实际应用。
具体实施方式
本发明提供了一种层状高强轻质钛铝复合板及其制备方法，下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种2.25mm TA18/LY12钛铝复合板，其具体特征为，TA18厚度为0.75mm，铝合金LY12厚度为1.5mm TA18层和LY12层的厚度比例为1∶2。一种用于2.25mm层状TA18/LY12复合板的制备方法，包括下述步骤：
(1)选择经过退火的软态TA18和LY12板材作为爆炸坯料，TA18板规格为500mm长×500mm宽×1.5mm厚，LY12板规格为550mm长×550mm宽×3mm厚，所述TA18板两面包覆0.1～0.3mm厚的纯钛，延伸率＞45％，LY12板两面包覆0.2～0.5mm厚纯铝，延伸率＞25％；
(2)对表面无任何氧化物的TA18板进行机械打磨处理，对LY12板进行酸洗钝化处理；
(3)将处理好的TA18和LY12板材进行爆炸焊接，所述爆炸焊接采用硝铵混合炸药，炸药的爆速为1000～3000m/s，药高度为15～30mm，安装间隙为1～4mm，间隙支撑物采用纯铝或纯钛薄片制作，TA18在下，LY12在上，基础炮台为50～100mm厚的钢板，放置在平坦地面，上铺100～300mm厚细砂作为地基，在LY12上表面涂抹2～4mm厚的耐热黄油作为保护层；
(4)将爆炸焊接好的钛/铝复合板进行软化退火，退火温度为410～480℃，保温时间3～10小时；
(5)爆炸钛/铝复合板进行冷轧到2.25mm的加工，加工过程中进行退火处理，退火温度为410～480℃，保温时间3～10小时；
(6)对2.25mm冷轧板材进行淬火处理，淬火温度为493～501℃，经过矫平、时效处理获得高强TA18/LY12钛铝复合板材。
实施例2
一种4mmTA18/LY12钛铝复合板，其具体特征为，TA18厚度为1.3mm，铝合金LY12厚度为2.7mm，TA18层和LY12层厚度比例大致为1∶2。一种4mm层状TA18/LY12复合板的制备方法，包括下述步骤：
(1)选择经过退火的软态TA18和LY12板材作为爆炸坯料，TA18板规格为500mm长×500mm宽×2.5mm厚，LY12板规格为550mm长×550mm宽×5.0mm厚；所述TA18板两面包覆0.1～0.3mm厚的纯钛，延伸率＞45％，LY12板两面包覆0.2～0.5mm厚纯铝，延伸率＞25％；
(2)对表面无任何氧化物的TA18板进行机械打磨处理，对LY12板进行酸洗钝化处理
(3)将处理好的TA18和LY12板材进行爆炸焊接，所述爆炸焊接采用硝铵混合炸药，炸药的爆速为1000～3000m/s，药高度为15～30mm，安装间隙为1～4mm，间隙支撑物采用纯铝或纯钛薄片制作，TA18在下，LY12在上，基础炮台为50～100mm厚的钢板，放置在平坦地面，上铺100～300mm厚细砂作为地基，在LY12上表面涂抹2～4mm厚的耐热黄油作为保护层；
(4)将爆炸焊接好的钛铝复合板进行软化退火，退火温度为410～480℃，保温时间3～10小时；
(5)对7.5mm爆炸钛/铝复合板进行冷轧到4mm，加工过程中进行退火处理，退火温度为410～480℃，保温时间3～10小时；
(6)对4mm冷轧板材进行淬火处理，淬火温度为493～501℃，经过矫平、时效处理获得高强TA18/LY12钛铝复合板材。
经取样分析，4mm钛铝复合板的横向拉伸力学性能为：屈服强度≥520MPa，抗拉强度≥700MPa，断裂伸长率≥12％。

Claims (6)

1.一种层状高强轻质钛铝复合板，其特征在于，该层状钛铝复合板由铝合金基层和钛覆层构成，钛覆层与铝合金基层的厚度比例为1:2；层状钛铝复合板的总厚度为2.0～4.0mm。
2.根据权利要求1所述的一种层状高强轻质钛铝复合板，其特征在于，所述钛覆层为钛合金TA18，厚度为0.65～1.35mm；所述铝合金基层为铝合金LY12，厚度为1.35mm～2.7mm。
3.如权利要求1所述一种层状高强轻质钛铝复合板的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
(1)冷轧钛合金TA18板和铝合金LY12板材作为爆炸焊接初始坯料，TA18板进行真空软化退火，LY12板为退火态；
(2)对TA18板进行机械打磨处理，对LY12板进行酸洗钝化处理；
(3)将处理好的TA18和LY12板材进行爆炸焊接，所述爆炸焊接采用硝铵混合炸药，其组成为：硝酸铵质量百分比60-80％、TNT质量百分比为3-10％、柴油质量百分比1-10％、余量为锯末，炸药的爆速为2000～4000m/s，药高度为15～30mm，安装间隙为1～4mm，间隙支撑物采用纯铝或纯钛薄片制作；TA18在下，LY12在上，基础炮台为50～100mm厚的钢板，放置在平坦地面，上铺100～300mm厚细砂作为地基，在LY12上表面涂抹2～4mm厚的耐热黄油作为保护层；
(4)将爆炸焊接好的钛铝复合板进行软化退火处理；
(5)对钛铝复合板进行冷轧加工，加工过程中进行退火处理；
(6)按照LY12板材淬火制度对冷轧钛铝复合板进行热处理强化，配合多辊矫平处理，获得高强轻质钛铝复合板材。
4.根据权利要求3所述的一种层状高强轻质钛铝复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中TA18板两面包覆0.1～0.3mm厚的纯钛，延伸率＞45％；LY12板两面包覆0.2～0.5mm厚纯铝，延伸率＞25％。
5.根据权利要求3所述的一种层状高强轻质钛铝复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中软化退火温度为410～480℃，保温时间3～10小时。
6.根据权利要求3所述的一种层状高强轻质钛铝复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中冷轧道次加工率为10％～20％，总共进行2～6道次，总加工率40～60％，加工过程的退火温度为410～480℃，保温时间为3～10小时。
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