CN110639976A - 钛合金板材固溶矫直方法 - Google Patents

钛合金板材固溶矫直方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的是钛合金制备技术领域的一种钛合金板材固溶矫直方法，包括设置下基板来承载钛合金板材，设置上基板来均匀压机的压力，然后对板材进行切边和重叠装配，再放入退火炉中进行固溶热处理，最后利用压力机进行矫直等工艺步骤，该发明的关键点是控制钛合金板材固溶时效退火的温度、时间以及压力机作用力，使钛合金板材在冷却过程中受到一个垂直向下的压力，让板材在冷却过程中达到在线矫直的作用。该工艺设备投入少，利用常规的加热炉、退火炉及压力机就可实板材的固溶压矫，总体成本较低，流程简便，应用范围广泛，在大部分工厂均可实现该工艺的工业化应用。

Description

钛合金板材固溶矫直方法
技术领域
本发明涉及钛合金制备技术领域，尤其涉及一种钛合金板材固溶矫直方法。
背景技术
随着反装甲武器的快速发展，各类穿甲能力优异的火炮武器不断推出，对装甲车辆的防护能力提出了越来越高的要求，即战车的装甲厚度和重量不断增加，有数据显示装甲战车的重量在十余年的时间内增加了15％至20％，整车重量的不断增加严重影响其机动能力。高机动性、轻量化、高防御能力以及高可靠性是未来装甲车辆发展的必然方向，为了提高作战部队的机动能力，其装甲车辆就需要实现轻量化。钛合金材料比强度、抗弹能力、耐腐蚀能力等均优于轧制均质装甲钢，是装甲车辆制造中具有发展前途的金属结构材料。将钛合金材料用于两栖战车结制造，不但能够减轻装备重量、增加装备机动性，同时能够有效防止结构腐蚀。而装甲车主要使用的钛合金材料又是钛合金板材，钛合金板材的力学性能及平直度度等指标直接影响该材料在装甲车上的应用。
为提高钛合金板材强度，我们常常采用固溶+时效的热处理方式对钛合金板材进行综合热处理。但由于技术原因、设备原因、设计原因等，在钛合金板材轧制生产的过程中还存板材波浪弯、边浪等弯曲缺陷，同时钛合金板材在固溶处理过程中也会因应力释放导致板材变形弯曲。该类弯曲缺陷很难通过压力矫直的方式使板材的平直度满足≤8mm/M的标准要求。
发明内容
为克服现有钛合金板材容易出现板材波浪弯、边浪等弯曲等缺陷，本发明所要解决的技术问题是：提供一可提高钛合金板材平直度的钛合金板材固溶矫直方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
钛合金板材固溶矫直方法，包括以下步骤：
a、基板加工：准备好两块相同的钢板分别作为上基板和下基板，均做表面铣光处理，要求铣光后表面粗糙度≤6.4um，不平度≤3mm/M；
b、板材切边：对板材进行切边平头，使其宽度尺寸不超过基板的宽度，长度尺寸不超过基板的长度；
c、配重装炉：先将多层板材按照尺寸一致的原则重叠放置在下基板上，然后整体水平放置到退火炉中，同时将上基板放入炉中随炉加热；
d、固溶热处理：按照板材相变点以下50-120℃设定固溶温度和加热时间，达到固溶温度后保温1-6h；
e、压力机矫直：板材到温度后，迅速把上基板平稳放置在板材上，并将上基板、下基板和板材快速放置在压机工作台上，然后选择15-45MN压力对板材进行静态施加压力，直到板材冷却到300℃以下后，卸载压力。
进一步的是，所述上基板和下基板均为厚度在60-200mm的钢板。
进一步的是，在下基板上叠放板材后的总体厚度不超过200mm。
进一步的是，当单片板材的厚度不小于80mm时，取消下基板，直接将板材叠放在退火炉和压机工作台上。
进一步的是，在设定加热时间时按照板材整体厚度+下基板厚度设定加热时间，热传递速度按照1-2mm/分钟控制。
本发明的有益效果是：
(1)通过设置下基板来承载钛合金板材，设置上基板来均匀压机的压力，并配合合理的固溶时效退火温度、时间以及压力机作用力，使钛合金板材的应力充分释放，在冷却过程中受到不同的压下力而平直，从而解决板材在固溶时快速降温造成的弯曲变形，可以把来料板材的波浪弯、边浪等弯曲缺陷矫直，并到达不平度≤8mm/M的技术水平；
(2)该工艺可使TC4板材的抗拉强度达到987-1004MPa左右，屈服强度达到878-907MPa左右，延伸率达到10.5％～16％，平直度≤5mm/M，采用该工艺固溶加工的钛合金板材，板形和性能完全满足GB/T3621-2007的要求，且有很大的富余量；
(3)该工艺设备投入少，利用常规的加热炉、退火炉及压力机就可实板材的固溶压矫，总体成本较低，流程简便，应用范围广泛，在大部分工厂均可实现该工艺的工业化应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
本发明的钛合金板材固溶矫直方法，包括以下步骤：
a、基板加工：准备好两块相同的钢板分别作为上基板和下基板，均做表面铣光处理，要求铣光后表面粗糙度≤6.4um，不平度≤3mm/M；
b、板材切边：对板材进行切边平头，使其宽度尺寸不超过基板的宽度，长度尺寸不超过基板的长度；
c、配重装炉：先将多层板材按照尺寸一致的原则重叠放置在下基板上，然后整体水平放置到退火炉中，同时将上基板放入炉中随炉加热；
d、固溶热处理：按照板材相变点以下50-120℃设定固溶温度和加热时间，达到固溶温度后保温1-6h；
e、压力机矫直：板材到温度后，迅速把上基板平稳放置在板材上，并将上基板、下基板和板材快速放置在压机工作台上，然后选择15-45MN压力对板材进行静态施加压力，直到板材冷却到300℃以下后，卸载压力。
所述下基板的作用是作为承载件来放置钛合金板材，并作为矫直板材的基准。上基板的作用是用于压在钛合金板材上来均匀分散压力机的压力，同时也是矫直板材的基准。因此上基板和下基板都要具有足够的强度和表面平直度，为了满足强度要求，所述上基板和下基板的厚度最好控制在60-200mm。
所述上基板随炉加热的作用是，在板材出炉时候将上基板放置在板材上表面，可避免板材急速降温影响组织结构，对后续矫直工作带来不利影响。
板材切边的作用是为了使上基板和下基板能完全罩住板材，避免由于板材尺寸过大，导致板材压矫时头尾或边部自然弯曲，造成板材平直度不合格。
在叠放板材时，所谓多层板材按照尺寸一致的原则重叠，指的是每一层板材的厚度、宽度、长度尺寸保持一致，即相同型号的板材完全重叠放置，如果大小尺寸不同，则采用大块板材与小块板材交替的方式进行，即第一层放一块大的板材，第二层采用多个小块板材拼接的方式布满第一层，然后第三层再采用一块大的板材。其中优选方案是采用大块板材与小块板材交替重叠的方式，这样在利用压机矫直的过程中有一定变形空间，从而更容易矫直板材。
考虑到退火处理时的加热效率和质量，在下基板上叠放板材后的总体厚度最好不要超过200mm，板材叠放三层比较合适，太厚容易使内部温度达不到要求，从而影响应力释放，不能达到平直度要求。如果单层的钛合金板材较厚，比如超过80mm，这时的板材本身具有较高的强度，此时就最好取消下基板，直接将板材叠放在退火炉和压机工作台上进行加热和矫直。
在设定加热时间时按照板材整体厚度+下基板厚度设定加热时间，热传递速度按照1-2mm/分钟控制。
发明的关键点是控制钛合金板材固溶时效退火的温度、时间以及压力机作用力，使钛合金板材冷却过程中受到一个垂直向下的压力，让板材在冷却过程中达到在线矫直的作用。下面通过具体实施例进一步说明。
实施例一：
生产厚度为10.5-23.5*200-1200*500-2000mm的TC4热轧板材。
①下基板尺寸110*1300*3000mm，上基板尺寸200*1300*3000mm，上下基板表面铣光，粗糙3.2um，不平度2mm/M。
②在下基板上，从下到上第一层叠放的方式水平放置22*1200*2000mm的板材1片、第二层拼接方式水平放置23.5*600*500mm的板材4片、第三层拼接方式水平放置10.5*600*500mmmm的板材4片，板材总厚度56mm,下基板厚度+板材厚度共166mm。
③将下基板和叠放的板材整体水平放置在加热炉中，上基板也随炉加热，按照1.5mm/min的速率，快速升温到880℃保温5h的工艺进行固溶。
④板材固溶时间到点后，在加热炉中用装出料车将上基板水平且垂直的放置在板材上，并快速将板材和基板转移，并放置到压力机下工作平台上。
⑤采用30MN压力对板材和基板施加向下的压力，直到板材间无肉眼可见的缝隙后，保持该压力，采用风冷的方式让板材降到300℃以，并卸载压力取下板材。
⑥产品性能检验：
TC4板材横向室温力学性能
⑦板材平直度：
TC4板材平直度
规格mm 热轧后平直度mm/M 固溶压矫后平直度mm/M
22*1200**2000 13-14mm/M 5mm/M
23.5*600**500 15mm/M 5-6mm/M
10.5*600**500 18-22mm/M 5-7mm/M
GB/T3621-2007 ≤15 ≤15
实施例二：
生产厚度为9.5-22.5*200-1200*500-2000mm的新型钛合金热轧板材。
①下基板尺寸110*1300*3000mm，上基板尺寸200*1300*3000mm，上下基板表面铣光，粗糙3.2um，不平度2mm/M。
②在下基板上，从下到上第一层拼接方式水平放置22.5*600*500mm的板材4片、第二层采用叠放的方式水平放置10*1200*2000mm的板材2片、第三层拼接方式水平放置9.5*600*500mmmm的板材8片，板材总厚度61.5mm,下基板厚度+板材厚度共161.5mm。
③将下基板和叠放的板材整体水平放置在加热炉中，上基板也随炉加热，按照1.5mm/min的速率，快速升温到920℃保温5h的工艺进行固溶。
④板材固溶时间到点后，在加热炉中用装出料车将上基板水平且垂直的放置在板材上，并快速将板材和基板转移，并放置到压力机下工作平台上。
⑤采用30MN压力对板材和基板施加向下的压力，直到板材间无肉眼可见的缝隙后，保持该压力，采用风冷的方式让板材降到300℃以，并卸载压力取下板材。
⑥产品性能检验：
新型钛合金板材横向室温力学性能
Figure BDA0002218209650000042
⑦板材平直度：
新型钛合金板材平直度
规格mm 热轧后平直度mm/M 固溶压矫后平直度mm/M
22*1200**2000 11-13mm/M 3-5mm/M
23.5*600**500 15-16mm/M 4mm/M
10.5*600**500 18-24mm/M 3-4mm/M
由上述实施例可以看出，采用本申请所述的矫直方法，能够使板材平直度达到8mm/M以下，满足使用要求，该方法具有很好的实用性，能够带来较大的经济价值和社会价值，值得推广应用。

Claims (5)

1.钛合金板材固溶矫直方法，其特征是，包括以下步骤：
a、基板加工：准备好两块钢板分别作为上基板和下基板，均做表面铣光处理，要求铣光后表面粗糙度≤6.4um，不平度≤3mm/M；
b、板材切边：对板材进行切边平头，使其宽度尺寸不超过基板的宽度，长度尺寸不超过基板的长度；
c、配重装炉：先将多层板材按照尺寸一致的原则重叠放置在下基板上，然后整体水平放置到退火炉中，同时将上基板放入炉中随炉加热；
d、固溶热处理：按照板材相变点以下50-120℃设定固溶温度和加热时间，达到固溶温度后保温1-6h；
e、压力机矫直：板材到温度后，迅速把上基板平稳放置在板材上，并将上基板、下基板和板材快速放置在压机工作台上，然后选择15-45MN压力对板材进行静态施加压力，直到板材冷却到300℃以下后，卸载压力。
2.如权利要求1所述的钛合金板材固溶矫直方法，其特征是：所述上基板和下基板均为厚度在60-200mm的钢板。
3.如权利要求1所述的钛合金板材固溶矫直方法，其特征是：在下基板上叠放板材后的总体厚度不超过200mm。
4.如权利要求1所述的钛合金板材固溶矫直方法，其特征是：当单片板材的厚度不小于80mm时，取消下基板，直接将板材叠放在退火炉和压机工作台上。
5.如权利要求1所述的钛合金板材固溶矫直方法，其特征是：在设定加热时间时按照板材整体厚度+下基板厚度设定加热时间，热传递速度按照1-2mm/分钟控制。
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