CN108043876A - 一种高尺寸精度ta6钛合金宽幅中厚板材的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法，包括以下步骤：一、将TA6钛合金板坯进行第一加热处理；二、将TA6钛合金板坯进行第一轧制，得到第一半成品板坯；三、将第一半成品板坯切割后进行第二加热处理；四、加热后进行第二轧制，得到第二半成品板坯；五、将第二半成品板坯切割后进行第三加热处理；六、加热后进行第三轧制，得到第三半成品板坯；七、将第三半成品板坯进行成品退火处理，得到TA6钛合金宽幅中厚板材。本发明通过量化地控制生产过程的加热温度、轧制变形量、退火处理，最终制备出其各向异性小、力学性能优异、厚度尺寸精度高的TA6钛合金宽幅中厚板材。

Description

一种高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法
技术领域
本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种TA6钛合金中厚板材的加工方法。
背景技术
TA6钛合金，其名义化学成分为Ti-5Al，是一种中强度级别的钛合金，具有良好的综合力学性能和工艺性能。TA6钛合金主要通过α稳定元素Al得到强化。该合金属于高Al当量的近α形钛合金，具有α型钛合金良好的焊接和耐蚀性，有较高的蠕变强度，可热状态下变形，当承受轴向负荷时，对切口没有敏感性，切削性能好，可用于加工400℃以下工作的零件及焊接件。
TA6在工业生产中表现为加工塑形差，即生产加工过程中热加工温区狭窄，加工过程容易开裂，加工难度大。
而目前常规方法生产的TA6中厚板由于厚差大，组织和力学性能各向异性大，一般横纵向屈服强度差值可以达到50MPa～100MPa。因此采用现有的常规方法生产的TA6中厚板材已不能满足航空用钛合金板材高尺寸精度，横纵向组织均匀，横纵向力学性能差异小的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法。该方法通过对轧制温度、火次变形量、道次变形量、辊形以及轧制方向的综合控制，最终得到横纵向组织均匀，力学性能各向异性小，厚度尺寸精度高的TA6中厚板材。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将厚度为90mm～180mm的TA6钛合金板坯置于加热炉中，在温度为(Tβ+30)℃～(Tβ+50)℃的条件下保温100min～230min进行第一加热处理，Tβ为所述TA6钛合金板坯的相变温度；
步骤二、将步骤一中经第一加热处理后的TA6钛合金板坯送入热轧机中进行第一轧制，得到第一半成品板坯；所述第一轧制为单向轧制；所述第一轧制的总变形量为55％～75％；
步骤三、将步骤二中所述第一半成品板坯切割后置于加热炉中，在温度为(Tβ-50)℃～(Tβ-30)℃的条件下保温30min～100min进行第二加热处理；
步骤四、将步骤三中经第二加热处理后的TA6钛合金板坯送入热轧机中进行第二轧制，得到第二半成品板坯；所述第二轧制的轧制方向与第一轧制的轧制方向垂直；所述第二轧制的总变形量为55％～75％；
步骤五、将步骤四中所述第二半成品板坯剪切后置于加热炉中，在温度为(Tβ-70)℃～(Tβ-50)℃的条件下保温10min～50min进行第三加热处理；
步骤六、将步骤五中经第三加热处理后的第二半成品板坯送入热轧机中进行第三轧制，得到第三半成品板坯；所述第三轧制的轧制方向与第二轧制的轧制方向垂直；所述第三轧制的总变形量为50％～65％；所述第三轧制的工作辊的凸度曲线为Cw(x)＝0.2×(1-4x2/L2)，其中L为工作辊的辊身长度，单位为mm；x为工作辊辊身的轴向坐标，单位为mm；
步骤七、将步骤六中所述第三半成品板坯进行成品退火处理，得到厚度为4mm～30mm，宽度为1000mm～2500mm，厚度尺寸偏差不超过±0.1×H/4×B/1000，各向异性小的TA6钛合金板材，其中H为TA6钛合金板材的厚度，单位为mm，B为TA6钛合金板材的宽度，B的单位为mm；且在20℃室温条件下TA6钛合金板材的抗拉强度不小于720MPa，屈服强度不小于635MPa，延伸率不小于15％。
上述的一种高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法，其特征在于，步骤二中所述第一轧制的道次数为9～12道次，所述第一轧制的道次变形量为10％～20％，所述第一轧制的轧制速率为1m/s～1.5m/s，且终锻温度不低于900℃。
上述的一种高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法，其特征在于，步骤四中所述第二轧制的道次数为9～12道次，所述第二轧制的道次变形量为10％～20％，所述第二轧制的轧制速率为1.2m/s～1.5m/s，且终锻温度不低于800℃。
上述的一种高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法，其特征在于，步骤六中所述第三轧制的道次数为5～7道次，所述第三轧制的道次变形量为8％～15％，所述第三轧制的轧制速率为1m/s～3m/s，且终锻温度不低于750℃。
上述的一种高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法，其特征在于，步骤六中所述第三轧制的最后两道次的轧制力均为1250t～1450t。
上述的一种高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法，其特征在于，步骤七中所述成品退火处理的温度为750℃～850℃，所述成品退火处理的时间为(H+30)min～(H+120)min。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用三火次轧制，在前两火次采用高温、大变形换向轧制，控制每火次总变形量接近，控制第一轧制和第二轧制的道次变形量，并使其近乎相同，以减小板材的各向异性，使板材在横、纵向的晶粒破碎程度一致。在第三火次采用相对较小的火次变形量和道次变形量，使板材晶粒进一步破碎的同时获得了良好的板形和同板差，采用本发明可以加工出厚度为3.5mm～30mm，宽度为1000mm～2600mm的高尺寸精度的TA6钛合金宽幅板材，填补了国内TA6钛合金宽幅板材的空白。
2、本发明在第三火次轧制时上下工作辊的凸度曲线为Cw(x)＝0.15×(1-4x2/L2)，其中L为工作辊的辊身长度，单位为mm；x为工作辊辊身的轴向坐标，单位为mm；使板材获得良好的横向厚差，同时控制最后两道次轧制力在1250t～1450t，使板材目标厚度得到精确控制，最终获得高尺寸精度的TA6宽幅钛合金板材。
3、本发明通过手持红外线测温仪灵活、量化控制每火次终轧温度，提高了中间板的表面质量，提高了生产效率，降低了打磨量，有效控制了生产成本。
4、采用本发明方法制备的TA6钛合金板材横纵向组织均匀，各向异性小，其在室温(20℃)条件下的拉伸强度≥720MPa，屈服强度≥635MPa，延伸率≥15％。
5、本发明方法技术方案完整，通过量化地控制生产过程的加热温度、道次变形量、每火次总变形量、轧辊辊形和退火处理，使TA6钛合金板材的质量得到了保障，所生产的TA6钛合金板材满足航空用关键构件的技术要求。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1
本实施例高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法包括以下步骤：
步骤一、将尺寸为180mm(厚)×1000mm(宽)×1200mm(长)的TA6钛合金板坯置于加热炉中，在温度为(Tβ+50)℃的条件下保温165min进行第一加热处理；Tβ为所述TA6钛合金板坯的相变温度；
步骤二、将步骤一中经第一加热处理后的TA6钛合金板坯送入热轧机中进行6道次的第一轧制，保持第一轧制为单向轧制，保持轧制速率为1m/s，各道次变形量分别为11.11％，18.75％，23.08％，25.00％，22.67％，13.80％，总变形量为72％，得到尺寸为50mm(厚)×1200mm(宽)×3600mm(长)的第一半成品板坯；
步骤三、将步骤二中所述第一半成品板坯切至尺寸为50mm(厚)×1200mm(宽)×1100mm(长)，再将切割后的第一半成品板坯置于加热炉中加热，在温度为(Tβ-50)℃的条件下保温60min进行第二加热处理；
步骤四、将步骤三中经第二加热处理后的第一半成品板坯送入热轧机中进行6道次的第二轧制，保持第二轧制的轧制方向与第一轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为1.5m/s，各道次变形量分别为20.00％，20.83％，21.05％，20.00％，16.67％，10.00％，总变形量为70％，得到尺寸为15mm(厚)×1100mm(宽)×3000mm(长)的第二半成品板坯；
步骤五、将步骤四中所述第二半成品板坯剪切至尺寸为15mm(厚)×1100mm(宽)×3000mm(长)，再将剪切后的第二半成品板坯置于加热炉中加热，在温度为(Tβ-70)℃的条件下保温15min进行第三加热处理；
步骤六、将步骤五中经第三加热处理后的第二半成品板坯送入热轧机中进行4道次的第三轧制，所述第三轧制的工作辊的凸度曲线为Cw(x)＝0.15×(1-4x2/L2)，其中L为工作辊的辊身长度，单位为mm；x为工作辊辊身的轴向坐标，单位为mm；最后两道次轧制力控制在1250t～1450t；保持第三轧制的轧制方向与第二轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为1.5m/s，各道次变形量分别为23.33％，21.74％，16.67％，10％，总变形量为55％，得到尺寸为6.8mm(厚)×1250mm(宽)×2310mm(长)的第三半成品板坯；
步骤七、将步骤六中所述第三半成品板坯进行成品退火处理，具体过程为：将第三半成品板坯置于退火炉中，在温度为780℃的条件下保温50min后在空气中自然冷却，最终得到尺寸为6.8mm(厚)×1250mm(宽)×2310mm(长)的TA16钛合金中厚板材；
采用本实施例加工的TA6钛合金宽幅中厚板材在室温(20℃)条件下的横向拉伸强度736MPa，纵向拉伸强度736MPa，横向屈服强度646MPa，纵向屈服强度670MPa，横向延伸率23％，纵向延伸率25％。厚度尺寸偏差不超过±0.25mm。
实施例2
本实施例高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法包括以下步骤：
步骤一、将尺寸为90mm(厚)×875mm(宽)×1000mm(长)的TA6钛合金板坯置于加热炉中，在温度为(Tβ+30)℃的条件下保温100min进行第一加热处理；Tβ为所述TA6钛合金板坯的相变温度；
步骤二、将步骤一中经第一加热处理后的TA6钛合金板坯送入热轧机中进行5道次的第一轧制，保持第一轧制为单向轧制，保持轧制速率为1.2m/s，各道次变形量分别为11.11％，15.00％，14.70％，18.97％，13.83％，总变形量为55％，得到尺寸为40.5mm(厚)×875mm(宽)×2000mm(长)的第一半成品板坯；
步骤三、将步骤二中所述第一半成品板坯置于加热炉中加热，在温度为(Tβ-30)℃的条件下保温60min进行第二加热处理；
步骤四、将步骤三中经第二加热处理后的第一半成品板坯送入热轧机中进行4道次的第二轧制，保持第二轧制的轧制方向与第一轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为1.2m/s，各道次变形量分别为13.58％，12.86％，16.06％，12.89％，总变形量为55％，得到尺寸为22.3mm(厚)×2000mm(宽)×1750mm(长)的第二半成品板坯；
步骤五、将步骤四中所述第二半成品板坯置于加热炉中加热，在温度为(Tβ-50)℃的条件下保温20min进行第三加热处理；
步骤六、将步骤五中经第三加热处理后的第二半成品板坯送入热轧机中进行4道次的第三轧制，所述第三轧制的工作辊的凸度曲线为Cw(x)＝0.15×(1-4x2/L2)，其中L为工作辊的辊身长度，单位为mm；x为工作辊辊身的轴向坐标，单位为mm；最后两道次轧制力控制在1250t～1450t；保持第三轧制的轧制方向与第二轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为2m/s，各道次变形量分别为17.00％，18.91％，13.33％，15.38％,总变形量为50％，得到尺寸为11mm(厚)×1750mm(宽)×2500mm(长)的第三半成品板坯；
步骤七、将步骤六中所述第三半成品板坯进行成品退火处理，具体过程为：将第三半成品板坯置于退火炉中，在温度为770℃的条件下保温100min后在空气自然冷却，最终得到尺寸为11mm(厚)×1750mm(宽)×2500mm(长)的TA6钛合金中厚板材；
采用本实施例加工的TA6钛合金宽幅中厚板材在室温(20℃)条件下的横向拉伸强度740MPa，纵向拉伸强度739MPa，横向屈服强度650MPa，纵向屈服强度672MPa，横向延伸率22％，纵向延伸率23％。厚度尺寸偏差不超过±0.5mm。
实施例3
本实施例高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法包括以下步骤：
步骤一、将尺寸为180mm(厚)×1000mm(宽)×1500mm(长)的TA6钛合金板坯置于加热炉中，在温度为(Tβ+40)℃的条件下保温230min进行第一加热处理；Tβ为所述TA6钛合金板坯的相变温度；
步骤二、将步骤一中经第一加热处理后的TA6钛合金板坯送入热轧机中进行5道次的第一轧制，保持第一轧制为单向轧制，保持轧制速率为1.5m/s，各道次变形量分别为11.11％，11.25％，11.97％，12.00％，13.64％，总变形量为45.9％，得到尺寸为95mm(厚)×1100mm(宽)×2584mm(长)的第一半成品板坯；
步骤三、将步骤二中所述第一半成品板坯切至尺寸为95mm(厚)×1100mm(宽)×1500mm(长)，再将切割后的第一半成品板坯置于加热炉中加热，在温度为(Tβ-40)℃的条件下保温100min进行第二加热处理；
步骤四、将步骤三中经第二加热处理后的第一半成品板坯送入热轧机中进行4道次的第二轧制，保持第二轧制的轧制方向与第一轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为1.5m/s，各道次变形量分别为12.63％，15.66％，14.29％，13.33％，总变形量为45.2％，得到尺寸为52mm(厚)×1550mm(宽)×1945mm(长)的第二半成品板坯；
步骤五、将步骤四中所述第二半成品板坯剪切至尺寸为52mm(厚)×1000mm(宽)×1500mm(长)，再将剪切后的第二半成品板坯置于加热炉中加热，在温度为(Tβ-60)℃的条件下保温50min进行第三加热处理；
步骤六、将步骤五中经第三加热处理后的第二半成品板坯送入热轧机中进行4道次的第三轧制，所述第三轧制的工作辊的凸度曲线为Cw(x)＝0.15×(1-4x2/L2)，其中L为工作辊的辊身长度，单位为mm；x为工作辊辊身的轴向坐标，单位为mm；最后两道次轧制力控制在1250t～1450t；保持第三轧制的轧制方向与第二轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为2m/s，各道次变形量分别为13.46％，13.33％，14.1％，10.45％，总变形量为42.3％，得到尺寸为30mm(厚)×1500mm(宽)×1733mm(长)的第三半成品板坯；
步骤七、将步骤六中所述第三半成品板坯进行成品退火处理，具体过程为：将第三半成品板坯置于退火炉中，在温度为750℃的条件下保温150min后在空气中自然冷却，最终得到尺寸为30mm(厚)×1500mm(宽)×1733mm(长)的TA16钛合金中厚板材；
采用本实施例加工的TA6钛合金宽幅中厚板材在室温(20℃)条件下的横向拉伸强度790MPa，纵向拉伸强度785MPa，横向屈服强度764MPa，纵向屈服强度775MPa，横向延伸率25％，纵向延伸率25％。厚度尺寸偏差不超过±0.5mm。
实施例4
本实施例高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法包括以下步骤：
步骤一、将尺寸为135mm(厚)×1000mm(宽)×2000mm(长)的TA6钛合金板坯置于加热炉中，在温度为(Tβ+40)℃的条件下保温150min进行第一加热处理；Tβ为所述TA6钛合金板坯的相变温度；
步骤二、将步骤一中经第一加热处理后的TA6钛合金板坯送入热轧机中进行7道次的第一轧制，保持第一轧制为单向轧制，保持轧制速率为1m/s，各道次变形量分别为10.37％，14.88％，12.62％，13.33％，16.67％，15.38％，18.18％，总变形量为66.7％，得到尺寸为45mm(厚)×1200mm(宽)×5000mm(长)的第一半成品板坯；
步骤三、将步骤二中所述第一半成品板坯切至尺寸为45mm(厚)×1200mm(宽)×2400mm(长)，再将切割后的第一半成品板坯置于加热炉中加热，在温度为(Tβ-40)℃的条件下保温30min进行第二加热处理；
步骤四、将步骤三中经第二加热处理后的第一半成品板坯送入热轧机中进行9道次的第二轧制，保持第二轧制的轧制方向与第一轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为1.2m/s，各道次变形量分别为15.56％，15.79％，12.50％，10.71％，12.00％，18.18％，11.11％，12.5％，14.29％，总变形量为73.3％，得到尺寸为12mm(厚)×2500mm(宽)×4320mm(长)的第二半成品板坯；
步骤五、将步骤四中所述第二半成品板坯剪切至尺寸为12mm(厚)×2500mm(宽)×4320mm(长)，再将剪切后的第二半成品板坯置于加热炉中加热，在温度为(Tβ-60)℃的条件下保温15min进行第三加热处理；
步骤六、将步骤五中经第三加热处理后的第二半成品板坯送入热轧机中进行8道次的第三轧制，所述第三轧制的工作辊的凸度曲线为Cw(x)＝0.15×(1-4x2/L2)，其中L为工作辊的辊身长度，单位为mm；x为工作辊辊身的轴向坐标，单位为mm；最后两道次轧制力控制在1250t～1450t；保持第三轧制的轧制方向与第二轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为3m/s，各道次变形量分别为13.33％，11.54％，13.04％，15.00％，14.71％，13.79％，10.00％，11.11％，总变形量为66.7％，得到尺寸为4mm(厚)×1700mm(宽)×5647mm(长)的第三半成品板坯；
步骤七、将步骤六中所述第三半成品板坯进行成品退火处理，具体过程为：将第三半成品板坯置于退火炉中，在温度为850℃的条件下保温34min后在空气中自然冷却，最终得到尺寸为4mm(厚)×1700mm(宽)×5647mm(长)的TA16钛合金中厚板材；
采用本实施例加工的TA6钛合金宽幅中厚板材在室温(20℃)条件下的横向拉伸强度750MPa，纵向拉伸强度745MPa，横向屈服强度668MPa，纵向屈服强度661MPa，横向延伸率24％，纵向延伸率26％。厚度尺寸偏差不超过±0.25mm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将厚度为90mm～180mm的TA6钛合金板坯置于加热炉中，在温度为(Tβ+30)℃～(Tβ+50)℃的条件下保温100min～230min进行第一加热处理，Tβ为所述TA6钛合金板坯的相变温度；
步骤二、将步骤一中经第一加热处理后的TA6钛合金板坯送入热轧机中进行第一轧制，得到第一半成品板坯；所述第一轧制为单向轧制；所述第一轧制的总变形量为45％～75％；
步骤三、将步骤二中所述第一半成品板坯切割后置于加热炉中，在温度为(Tβ-50)℃～(Tβ-30)℃的条件下保温30min～100min进行第二加热处理；
步骤四、将步骤三中经第二加热处理后的TA6钛合金板坯送入热轧机中进行第二轧制，得到第二半成品板坯；所述第二轧制的轧制方向与第一轧制的轧制方向垂直；所述第二轧制的总变形量为45％～75％；
步骤五、将步骤四中所述第二半成品板坯剪切后置于加热炉中，在温度为(Tβ-70)℃～(Tβ-50)℃的条件下保温10min～50min进行第三加热处理；
步骤六、将步骤五中经第三加热处理后的第二半成品板坯送入热轧机中进行第三轧制，得到第三半成品板坯；所述第三轧制的轧制方向与第二轧制的轧制方向垂直；所述第三轧制的总变形量为40％～70％；所述第三轧制的工作辊的凸度曲线为Cw(x)＝0.2×(1-4x2/L2)，其中L为工作辊的辊身长度，单位为mm；x为工作辊辊身的轴向坐标，单位为mm；
步骤七、将步骤六中所述第三半成品板坯进行成品退火处理，得到厚度为4mm～30mm，宽度为1000mm～2500mm，厚度尺寸偏差不超过±0.1×H/4×B/1000，各向异性小的TA6钛合金板材，其中H为TA6钛合金板材的厚度，单位为mm，B为TA6钛合金板材的宽度，B的单位为mm；且在20℃室温条件下TA6钛合金板材的抗拉强度不小于720MPa，屈服强度不小于635MPa，延伸率不小于15％。
2.根据权利要求1所述的一种高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法，其特征在于，步骤二中所述第一轧制的道次数为5～7道次，所述第一轧制的道次变形量为10％～20％，所述第一轧制的轧制速率为1m/s～1.5m/s，且终锻温度不低于900℃。
3.根据权利要求1所述的一种高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法，其特征在于，步骤四中所述第二轧制的道次数为4～9道次，所述第二轧制的道次变形量为10％～20％，所述第二轧制的轧制速率为1.2m/s～1.5m/s，且终锻温度不低于800℃。
4.根据权利要求1所述的一种高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法，其特征在于，步骤六中所述第三轧制的道次数为4～8道次，所述第三轧制的道次变形量为10％～15％，所述第三轧制的轧制速率为1m/s～3m/s，且终锻温度不低于750℃。
5.根据权利要求1所述的一种高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法，其特征在于，步骤六中所述第三轧制的最后两道次的轧制力均为1250t～1450t。
6.根据权利要求1所述的一种高尺寸精度TA6钛合金宽幅中厚板材的加工方法，其特征在于，步骤七中所述成品退火处理的温度为750℃～850℃，所述成品退火处理的时间为(H+30)min～(H+120)min。
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