CN110624980A - 一种钛薄板真空热压矫形工艺 - Google Patents

Abstract

一种钛薄板真空热压矫形工艺，包括钛薄板的摆料过程和真空热压矫形过程，摆料过程包括：步骤一、在真空热压矫形炉内料盘支架上放置料盘，料盘上放置底板，底板上布满衬板，衬板之间留有间隙；步骤二、将钛薄板按摞上下垛放至衬板上，上下两摞钛薄板之间设有隔板，隔板分别和上方以及下方的钛薄板之间按照步骤一的方式放置衬板，得到钛薄板垛料；步骤三、钛薄板垛料的顶部按照步骤一的方式放置衬板，并在衬板上放置压板，压板上方放置压块，压块之间留有间隙；步骤四、将清洗干净、充分烘干的钛屑布置于钛薄板垛料周围，并用金属网固定，完成摆料过程。本发明可实现钛薄板的高平整度及表面质量、低成本真空热压矫形，同时解决表面氧化及污染问题。

Description

一种钛薄板真空热压矫形工艺

技术领域

本发明属于有色金属加工领域，具体涉及一种钛薄板真空热压矫形工艺。

背景技术

钛具有质轻、高强、耐蚀、无磁等优点，在航空航天、海洋、电子、医疗等领域应用广泛，其中0.1~3mm厚度规格钛及钛合金薄板用途最广。随着技术发展，客户对钛及钛合金薄板平整度及表面质量使用要求越来越高。钛薄板在生产过程中，要经过热轧、冷轧、热处理、分切等多道工序，钛薄板均存在不同程度瓢曲，需要矫形处理。但由于钛弹性模量低、回弹性大、强度高，且薄板刚度差，在加热及冷却过程中相对于厚板更容易变形，因此钛薄板矫形困难，目前通过专用矫直机矫形、大气压矫形等方式一般可以获得整板平整度≤10mm钛薄板，尽管其满足一般客户使用要求，但与整板平整度要求≤1mm的飞行器蒙皮、高精度钛种板及3C等高端钛薄板平整度要求仍然存在显著差距。

真空热压矫形方法，是通过在真空环境中，将钛板加热到一定温度，使其强度降低，并在压板及配重压力作用下释放应力，达到矫正板形目的，该方法处理的钛薄板表面光洁，无致密氧化皮附着，省去了后续碱洗、酸洗或砂光等复杂工序，不仅环保，也缩短了工艺流程，是获得高平整度及表面质量钛薄板产品可行方法。但真空热压矫形方法处理钛薄板矫形效果，受装炉量多少、矫形工艺、原始板型、炉况等因素影响较大，导致整板平整度矫形效果存在不稳定情况或不理想；同时，真空热压矫形炉加热及抽真空过程中，炉内物体表面残余油污及水汽挥发至炉腔，尽管进行抽真空，但不可避免炉腔内会存在少量油污杂质、水汽及空气残留，而钛属于活泼金属，在加热作用下与之反应，因此经常出现钛薄板四边切面及边部渗透微氧化或污染问题发生；此外，传统真空热压矫形方法状炉量小，底板及配重压板为实体结构，重量大、热容量大，导致生产效率低，成本高。因此需要研究新的工艺方法，提升钛薄板真空热压矫形效果，提高装炉量，提高生产效率，降低生产成本，并解决表面氧化及污染问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛薄板真空热压矫形工艺，实现钛薄板的高平整度及表面质量、低成本真空热压矫形，同时解决表面氧化及污染问题。。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种钛薄板真空热压矫形工艺，包括钛薄板的摆料过程和真空热压矫形过程，所述的摆料过程包括如下步骤：

步骤一、在真空热压矫形炉内料盘支架上放置料盘，料盘为筋板镂空格栅结构，料盘上放置底板，底板上布满同一厚度规格的衬板，衬板之间留有间隙；

步骤二、将钛薄板按摞上下垛放至衬板上，上下两摞钛薄板之间设有隔板，隔板分别和上方以及下方的钛薄板之间按照步骤一的方式放置衬板，得到钛薄板垛料；

步骤三、钛薄板垛料的顶部按照步骤一中的方式放置衬板，并在衬板上放置压板，压板上方放置压块，压块之间留有间隙；

步骤四、将清洗干净、充分烘干的钛屑布置于钛薄板垛料周围，并用金属网固定，至此完成摆料过程。

所述料盘厚度为50~100mm，料盘上下表面采用机加工处理，平整度≤0.5mm。

所述底板厚度为20~50mm，上下表面采用机加工处理，平整度≤0.5mm。

所述衬板厚度≤1.0mm、宽度200~500mm，相邻衬板之间相距2~5mm。

所述隔板厚度为10~30mm，隔板平整度≤0.5mm。

所述压板厚度20~50mm，压板平整度≤0.5mm。

所述压块长宽尺寸100~200mm，高度50~200mm，压块摆放时，中间间隔10~50mm。

真空热压矫形过程如下：将真空热压矫形炉抽真空至≤1×10-2Pa，升温至200~400摄氏度进行中间保温，升温时间2~4小时，中间保温时间2~4小时；中间保温阶段结束后，升温至450~600摄氏度进入热压矫形阶段，升温时间2~4小时，热压矫形阶段保温时间4~8小时；热压矫形阶段结束后，随炉降温至400~200摄氏度，并冲氩冷却；待炉温降至小于或等于100摄氏度时，出炉空冷；待料温降至60摄氏度以内时，拆除压板及钛屑，获得所需的钛薄板。

所述料盘、底板、隔板、压板材质选择耐热钢或不锈钢，隔炉翻面交替使用，压块材质为碳钢；料盘采用铸造机加工方法制备，底板、隔板、压板及压块采用板材机加工方法制备。

采用本发明的方法，可以获得整板平整度≤1mm或更优高质量钛薄板，同时本发明具有以下优点：

（1）解决了钛薄板真空热压矫形表面氧化及污染问题，表面质量好。本发明方法将清洗干净、充分烘干的钛屑布置至于钛薄板垛料周围，在钛薄板热压矫形加热过程中，充分利用钛屑表面积大、易吸附特点，炉腔内存在的油污杂质、水汽及空气首先与钛屑反应，从而保护钛薄板，避免了其四边切面及边部渗透微氧化或污染问题发生。

(2) 钛薄板装炉量大，生产效率高。传统钛薄板垛料不加隔板，受来料板形叠加影响，当垛料厚度较大时，钛薄板之间由于来料板形不良导致的叠加内应力增加，且难以有效去除，因此垛料整体厚度一般≤100mm，而本专利采用高平整度隔板，将每摞钛薄板分开，更有利于消除叠加内应力，因此可将垛料总厚度增加至300mm，装炉量大；同时，料盘为筋板镂空格栅结构，压块中间间隔10~50mm，与内实整体结构相比，本发明更有利于增加加热及散热面积，加热及散热更快，更有利于缩短热压矫形处理时间，生产效率高。

(3) 料盘、底板、隔板、压板、衬板及压块使用寿命长。料盘采用耐热钢或不锈钢材质铸态筋板镂空格栅结构，铸态组织粗大，抗蠕变形性能好，且筋板镂空格栅结构加热散热均匀，热应力小，因此更不容易变形；采用压块代替传统实心整体配重板，减少了压块面积，同时压块中间间隔10~50mm，加热及散热更好，压块更不易变形；与放置整体大规格衬板相比，衬板为纯钛衬板，并采用小块拼接形式，可在热压矫加热膨胀过程中不起拱形，不仅可提高矫形效果，也可提高衬板重复使用次数；此外，料盘、底板、隔板及压板采用隔炉翻面交替使用方法，可起到自矫形作用，对于延缓变形及使用寿命起到积极促进作用。

(4) 钛薄板热压矫形生产成本低。由于本专利方法，具有钛薄板装炉量大、生产效率高优点，且料盘、底板、隔板、压板及压块使用寿命长，因此生产成本更低。

附图说明

图1为钛薄板在料盘上的摆料示意图；

图2为本发明中料盘的结构示意图；

图中标记：1-料盘支架；2-料盘；3-底板；4-衬板；5-钛薄板；6-隔板；7-压板；8-压块；9-钛屑；10-金属网。

具体实施方式

下面结合附图本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

如图1、2所示，钛薄板在真空热压矫形之前需要摆放在真空热压矫形炉内，具体摆料过程如下：

步骤一、在真空热压矫形炉内料盘支架1上放置料盘2，料盘2为筋板镂空格栅结构，料盘2上放置底板3，底板3上布满同一厚度规格的衬板4，衬板4之间留有间隙；

步骤二、将钛薄板5按摞上下垛放至衬板4上，上下两摞钛薄板5之间设有隔板6，隔板6分别和上方以及下方的钛薄板5之间按照步骤一的方式放置衬板4，得到钛薄板垛料，如图1所示，钛薄板放置三摞；

步骤三、钛薄板垛料的顶部按照步骤一中的方式放置衬板4，并在衬板4上放置压板7，压板7上方放置压块8，压块8之间留有间隙；

步骤四、将清洗干净、充分烘干的钛屑9布置于钛薄板垛料周围，并用金属网10固定，至此完成摆料过程。

下面用具体的实施例和相应的对比例进行对比试验，以说明本发明所述方法的有益效果。

在以下各个实施例中，采用料盘2厚度为60mm，平整度为0.2mm；底板3厚度为30mm，平整度为0.3mm；衬板4厚度为0.5mm，宽度为400mm；隔板6厚度为20mm ，平整度为0.3mm；压板7厚度为30mm，平整度为0.3mm；压块8长宽高尺寸120×120×150mm；摆放的钛薄板均为上下两摞。

实例1：1.0mm厚度规格TA1牌号钛薄板真空热压矫形退火。

钛薄板退火前平整度为10~25mm。采用本发明的方法进行摆料，其中钛薄板5分两摞垛料，钛薄板垛料的总厚度为200mm，每摞钛薄板5厚度100mm；将清洗干净、充分烘干的钛屑9布置至于钛薄板垛料周围，并用金属网10固定；摆料结束后将真空热压矫形炉抽真空至≤1×10^-2Pa，升温至350摄氏度进行中间保温，升温时间2小时；中间保温时间2.5小时；中间保温阶段结束后，升温至450摄氏度进入热压矫形阶段，升温时间2小时；热压矫形阶段保温时间4小时；热压矫形结束后，随炉降温至300摄氏度，并充氩冷却；待炉温降至90摄氏度时，出炉空冷；待料温降至50摄氏度时，拆除压板8及钛屑9，得到的钛薄板平整度为0.2~0.8mm，表面无氧化。

对比例1：对1.0mm厚度规格TA1牌号钛薄板真空热压矫形退火，钛薄板退火前平整度为10~25mm。钛薄板总厚度200mm，但中间不加隔板，且垛料钛板周围未固定钛屑，其余工艺方法与实施例1相同。真空热压矫形后，钛薄板平整度4~8mm，板材四边切面及边部渗透微氧化及污染问题。

实例2：1.5mm厚度规格TC4牌号钛薄板真空热压矫形退火。

钛薄板退火前平整度为8~20mm。采用本发明方法进行摆料，其中钛薄板5分两摞垛料，钛薄板垛料的总厚度180mm，每摞钛薄板5厚度90mm；将清洗干净、充分烘干的钛屑9布置至于钛薄板垛料周围，并用金属网10固定；摆料结束后将真空热压矫形炉抽真空至≤1×10^-2Pa，升温至400摄氏度进行中间保温，升温时间2.5小时；中间保温时间2.5小时；中间保温阶段结束后，升温至600摄氏度进入热压矫形阶段，升温时间2.5小时；热压矫形阶段保温时间4小时；热压矫形结束后，随炉降温至250摄氏度，并充氩冷却；待炉温降至90摄氏度时，出炉空冷；待料温降至50摄氏度时，拆除压板8及钛屑9，得到的钛薄板平整度为0.3~0.8mm，表面无氧化。

对比例2：对1.5mm厚度规格TC4牌号钛薄板真空热压矫形退火，钛薄板退火前平整度为8~20mm。钛薄板总厚度180mm，但中间不加隔板，且钛薄板垛料周围未固定钛屑，其余工艺方法与实施例2相同。真空热压矫形后，所得钛薄板的平整度为5~12mm，板材四边切面及边部渗透微氧化及污染问题。

实例3：2.0mm厚度规格TA2牌号钛薄板真空热压矫形退火。

钛薄板退火前平整度12~30mm。采用本发明的方法进行摆料，其中钛薄板5分两摞垛料，钛薄板垛料的总厚度300mm，每摞钛薄板5厚度100mm；将清洗干净、充分烘干的钛屑9布置至于钛薄板垛料周围，并用金属网10固定；摆料结束后将真空热压矫形炉抽真空至≤1×10^-2Pa，升温至350摄氏度进行中间保温，升温时间4小时，中间保温时间4小时；中间保温阶段结束后，升温至550摄氏度进入热压矫形阶段，升温时间4小时，热压矫形阶段保温时间6小时；热压矫形结束后，随炉降温至400摄氏度，并充氩冷却；待炉温降至80摄氏度时，出炉空冷；待料温降至50摄氏度时，拆除压板8及钛屑9，获得钛薄板的平整度为0.5~1.0mm，表面无氧化。

对比例3：对2.0mm厚度规格TA2牌号钛薄板真空热压矫形退火，钛薄板退火前平整度12~30mm。钛薄板总厚度300mm，但中间不加隔板，且垛料钛板周围未固定钛屑，其余工艺方法与实施例3相同。真空热压矫形后，钛薄板平整度8~15mm，板材四边切面及边部渗透微氧化及污染问题。

以上实施例以及试验例的对比结果如表1所示。

从上述对比结果可以看出，本发明通过优化料盘、压块等工装结构设计，改善钛薄板垛料方法，同时控制升温及降温速率，实现高平整度及表面质量、低成本真空热压矫形；此外，在垛料钛薄板周围固定洁净钛屑作为保护，吸附热压矫形过程中炉腔内残留的油污杂质、水汽及空气，避免钛薄板表面氧化及污染发生，实现提升表面质量水平目的。

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本发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (9)

1.一种钛薄板真空热压矫形工艺，包括钛薄板的摆料过程和真空热压矫形过程，其特征在于，所述的摆料过程包括如下步骤：

步骤一、在真空热压矫形炉内料盘支架（1）上放置料盘（2），料盘（2）为筋板镂空格栅结构，料盘（2）上放置底板（3），底板（3）上布满同一厚度规格的衬板（4），衬板（4）之间留有间隙；

步骤二、将钛薄板（5）按摞上下垛放至衬板（4）上，上下两摞钛薄板（5）之间设有隔板（6），隔板（6）分别和上方以及下方的钛薄板（5）之间按照步骤一的方式放置衬板（4），得到钛薄板垛料；

步骤三、钛薄板垛料的顶部按照步骤一中的方式放置衬板（4），然后在衬板（4）上放置压板（7），压板（7）上方放置压块（8），压块（8）之间留有间隙；

步骤四、将清洗干净、充分烘干的钛屑（9）布置于钛薄板垛料周围，并用金属网（10）固定，至此完成摆料过程。

2.根据权利要求1所述的一种钛薄板真空热压矫形工艺，其特征在于，所述料盘（2）厚度为50~100mm，料盘（2）上下表面采用机加工处理，平整度≤0.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种钛薄板真空热压矫形工艺，其特征在于，所述底板（3）厚度为20~50mm，上下表面采用机加工处理，平整度≤0.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种钛薄板真空热压矫形工艺，其特征在于，所述衬板（4）厚度≤1.0mm、宽度200~500mm，相邻衬板（4）之间相距2~5mm。

5.根据权利要求1所述的一种钛薄板真空热压矫形工艺，其特征在于，所述隔板（6）厚度为10~30mm，隔板（6）平整度≤0.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种钛薄板真空热压矫形工艺，其特征在于，所述压板（7）厚度20~50mm，压板（7）平整度≤0.5mm。

7.根据权利要求1所述的一种钛薄板真空热压矫形工艺，其特征在于，所述压块（8）长宽尺寸100~200mm，高度50~200mm，压块（8）摆放时，中间间隔10~50mm。

8.根据权利要求1所述的一种钛薄板真空热压矫形工艺，其特征在于，真空热压矫形过程如下：将真空热压矫形炉抽真空至≤1×10^-2Pa，升温至200~400摄氏度进行中间保温，升温时间2~4小时，中间保温时间2~4小时；中间保温阶段结束后，升温至450~600摄氏度进入热压矫形阶段，升温时间2~4小时，热压矫形阶段保温时间4~8小时；热压矫形阶段结束后，随炉降温至400~200摄氏度，并冲氩冷却；待炉温降至小于或等于100摄氏度时，出炉空冷；待料温降至60摄氏度以内时，拆除压板（7）及钛屑（9），获得所需的钛薄板。

9.根据权利要求1所述的一种钛薄板真空热压矫形工艺，其特征在于，所述料盘（2）、底板（3）、隔板（6）、压板（7）材质选择耐热钢或不锈钢，隔炉翻面交替使用，压块（8）材质为碳钢；料盘（2）采用铸造机加工方法制备，底板（3）、隔板（6）、压板（7）及压块（8）采用板材机加工方法制备。