CN111471946A - 一种tb5合金板材的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种TB5合金板材的制备方法，对TB5合金板坯进行三个火次的加热轧制，并在三火次的加热轧制之间进行了表面处理，然后对板坯进行再结晶退火和表面处理，将板坯冷轧至所需厚度，再对冷轧板坯进行固溶处理，经表面处理和定尺分切后得到所需的TB5合金板材。本发明通过设置三个火次的加热轧制和冷轧，并配合设置再结晶退火、固溶处理以及对多次表面处理进行细节控制，最终制备的TB5合金板材综合性能良好，满足GB/T 3621技术要求，对航空航天用TB5钛合金的工业化推广应用具有重要的现实意义。

Description

一种TB5合金板材的制备方法

技术领域

本发明涉及钛板制备方法领域，尤其涉及一种TB5合金板材的制备方法。

背景技术

TB5合金是一种新型的亚稳定β钛合金，名义成分Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn，具有较高的比强度、耐腐蚀性能和冷热成型性，其在室温下可成形中等复杂的钣金零件，也可冷镦成铆钉和螺栓紧固件，其固溶处理状态的工作温度为200℃以下，固溶时效状态下的工作温度可达290℃，强度可达到1240Mpa以上，被广泛应用于飞机机翼、紧固件、输油管、弹簧、直升机旋翼等。美国波音公司于1983年首先制定了TB5合金的标准，随后于1984年又将其列入宇航材料标准，我国对该合金的加工和应用还处于研究阶段。近年来，随着我国航空航天事业的快速发展，对不同牌号特性的钛合金板材需求量也越来越大，由于钛合金变形抗力大，轧制时加工硬化快，易出现边裂、头尾掉渣及表面微裂纹的现象，钛合金板材的加工控制难度极大，尤其对于TB5合金板材，目前缺少成熟的专用生产方法。因此，为满足航空航天等尖端科技产业对不同性能钛合金板材的需求，开发制备一种TB5合金板材具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种TB5合金板材的制备方法，能够生产满足使用性能要求的TB5合金板材。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种TB5合金板材的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、一火加热轧制

选取厚度为100～150mm的TB5合金板坯作为坯料，将坯料置于加热炉内进行加热并保温，加热温度为坯料的相变点T_β以上250～300℃±10℃，保温时间t₁= H×C₁，H为坯料厚度，C₁为保温时间系数，C₁取值为1.0～1.2 min/mm；保温后将坯料送至轧机进行一火轧制，控制轧程变形量50%~90%，单道次变形率≤30%，轧制速度不低于1.5m/s，并保证终轧温度在坯料的相变点T_β以上，得到厚度为h₁的一火轧制板坯；

步骤二、对一火轧制板坯进行表面修磨，修磨方向垂直于一火轧制方向；

步骤三、二火加热轧制

将步骤二修磨后的板坯置于加热炉内进行加热并保温，加热温度为板坯的相变点T_β以上150～200℃±10℃，保温时间t₂= h₁×C₂，C₂为保温时间系数，C₂取值为1.0～1.2 min/mm；保温后将板坯送至轧机进行二火轧制，二火轧制方向与一火轧制方向垂直，控制轧程变形量40%~85%，单道次变形率≤25%，并保证终轧温度在板坯的相变点T_β以上，得到厚度为h₂的二火轧制板坯；

步骤四、对二火轧制板坯进行喷砂和酸洗，酸洗后进行表面修磨，修磨方向平行于二火轧制方向；

步骤五、三火加热轧制

将步骤四修磨后的板坯置于加热炉内进行加热并保温，加热温度为板坯的相变点T_β以上150～200℃±10℃，保温时间t₃= h₂×C₃，C₃为保温时间系数，C₃取值为1.0～1.2 min/mm；保温后将板坯送至轧机进行三火轧制，控制轧程变形量40%~80%，并保证终轧温度在板坯的相变点T_β以上，得到三火轧制板坯；

步骤六、再结晶退火

采用大气气氛退火方式对三火轧制板坯进行退火处理，退火温度为板坯的相变点T_β以上30℃±10℃，保温时间35～50min，保温完成后将板坯出炉进行空冷；

步骤七、对退火处理后的板坯进行喷砂和酸洗，酸洗去除量控制为0.04～0.06mm，酸洗后进行表面修磨；

步骤八、冷轧

将步骤七修磨后的板坯送至冷轧机进行冷轧，控制轧程变形量20%~45%，轧制后切割去除板坯的边部及头部碎边，得到厚度为板材目标厚度的冷轧板坯；

步骤九、固溶处理

对冷轧板坯进行大气气氛固溶处理，加热温度为板坯的相变点T_β以上20～50℃，保温时间35～50min，保温完成后将板坯出炉风冷至200℃以下，然后空冷至室温；

步骤十、对固溶处理后的板坯进行喷砂和酸洗，酸洗后进行表面修磨，然后进行定尺分切，得到所需的TB5合金板材。

优选的，所述的表面修磨为对板坯进行打磨和抛光，去除表面裂纹、压入缺陷。

优选的，步骤十中的定尺分切的方法为根据预设规格尺寸，选取成品板材板型和表面质量良好的部位进行成品定尺。

根据上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明制备方法简单，工艺适用性强，可实现批量生产，通过设置三个火次的加热轧制和冷轧，并配合设置再结晶退火、固溶处理以及对多次表面处理进行细节控制，最终制备的TB5合金板材在室温下固溶态抗拉强度792～842Mpa，屈服强度730～772Mpa，延伸率19～26%，冷弯性能D=5T，105°无裂纹，满足GB/T 3621技术要求，板材综合性能良好，对航空航天用TB5钛合金的工业化推广应用具有重要的现实意义。

具体实施方式

本发明提供了一种TB5合金板材的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、一火加热轧制

选取厚度为100～150mm的TB5合金板坯作为坯料，将坯料置于加热炉内进行加热并保温，加热温度为坯料的相变点T_β以上250～300℃±10℃，保温时间t₁= H×C₁，H为坯料厚度，C₁为保温时间系数，C₁取值为1.0～1.2 min/mm；保温后将坯料送至轧机进行一火轧制，控制轧程变形量50%~90%，单道次变形率≤30%，轧制速度不低于1.5m/s，并保证终轧温度在坯料的相变点T_β以上，得到厚度为h₁的一火轧制板坯；

步骤二、对一火轧制板坯进行表面修磨，即对板坯进行打磨和抛光，去除表面裂纹、压入缺陷，修磨方向垂直于一火轧制方向；

步骤三、二火加热轧制

将步骤二修磨后的板坯置于加热炉内进行加热并保温，加热温度为板坯的相变点T_β以上150～200℃±10℃，保温时间t₂= h₁×C₂，C₂为保温时间系数，C₂取值为1.0～1.2 min/mm；保温后将板坯送至轧机进行二火轧制，二火轧制方向与一火轧制方向垂直，控制轧程变形量40%~85%，单道次变形率≤25%，并保证终轧温度在板坯的相变点T_β以上，得到厚度为h₂的二火轧制板坯；

步骤四、对二火轧制板坯进行喷砂和酸洗，酸洗后进行表面修磨，即对板坯进行打磨和抛光，去除表面裂纹、压入缺陷，修磨方向平行于二火轧制方向；

步骤五、三火加热轧制

将步骤四修磨后的板坯置于加热炉内进行加热并保温，加热温度为板坯的相变点T_β以上150～200℃±10℃，保温时间t₃= h₂×C₃，C₃为保温时间系数，C₃取值为1.0～1.2 min/mm；保温后将板坯送至轧机进行三火轧制，控制轧程变形量40%~80%，并保证终轧温度在板坯的相变点T_β以上，得到三火轧制板坯；

步骤六、再结晶退火

采用大气气氛退火方式对三火轧制板坯进行退火处理，退火温度为板坯的相变点T_β以上30℃±10℃，保温时间35～50min，保温完成后将板坯出炉进行空冷；

步骤七、对退火处理后的板坯进行喷砂和酸洗，酸洗去除量控制为0.04～0.06mm，酸洗后进行表面修磨，即对板坯进行打磨和抛光，去除表面裂纹、压入缺陷，；

步骤八、冷轧

将步骤七修磨后的板坯送至冷轧机进行冷轧，控制轧程变形量20%~45%，轧制后切割去除板坯的边部及头部碎边，得到厚度为板材目标厚度的冷轧板坯；

步骤九、固溶处理

对冷轧板坯进行大气气氛固溶处理，加热温度为板坯的相变点T_β以上20～50℃，保温时间35～50min，保温完成后将板坯出炉风冷至200℃以下，然后空冷至室温；

步骤十、对固溶处理后的板坯进行喷砂和酸洗，酸洗后进行表面修磨，即对板坯进行打磨和抛光，去除表面裂纹、压入缺陷，然后进行定尺分切，根据预设规格尺寸，选取成品板材板型和表面质量良好的部位进行成品定尺，得到所需的TB5合金板材。

实施例1：

步骤一、一火加热轧制：选用坯料厚度100mm板坯进行加热，实测坯料相变点为760～765℃。加热温度1010±10℃，保温系数取1.0min/mm，即保温时间100min，入炉后到温计时。加热完成后，迅速开至轧机，轧至目标厚度15mm，轧程变形率85%，单道次变形率≤30%，轧制速度1.5m/s，终轧温度805℃。

步骤二、表面处理：一火板经打磨、抛光去除表面裂纹、压入等缺陷，修磨方向垂直于一火轧制方向。

步骤三、二火加热轧制：二火换向轧制，即轧制方向与一火轧制方向垂直，加热温度920±10℃，保温系数取1.0min/mm，即保温时间15min，轧至目标厚度7mm，轧程变形率53%，单道次变形率≤25%，终轧温度785℃。

步骤四、表面处理：二火板经喷砂酸洗与修磨，去除表面裂纹、压入等缺陷，修磨方向平行于二火轧制方向。

步骤五、三火加热轧制：三火单向轧制，加热温度920±10℃，保温系数取1.0min/mm，即保温时间7min，轧至目标厚度3.5mm，轧程变形量50%，终轧温度773℃。

步骤六、再结晶退火：采用大气气氛进行再结晶退火，加热温度780℃±10℃，保温时间35min，出炉后空冷。

步骤七、表面处理：采用喷砂、酸洗，酸洗去除量控制在0.04～0.06mm，酸洗后修磨去除表面压入等缺陷。

步骤八、冷轧：采用冷轧机冷轧至目标厚度2.0mm，轧程变形量43%，轧制后切除合金边部及头部碎边。

步骤九、固溶处理：采用大气气氛固溶处理，加热温度800℃，保温时间35min，出炉后风冷至200℃以下空冷至室温。

步骤十、表面处理：采用喷砂、酸洗，酸洗后修磨去除表面压入等缺陷。

步骤十一、定尺：根据预设规格尺寸，选取板型和表面质量良好的部位进行成品定尺，成品板材实测性能见表1。

实施例2：

步骤一、一火加热轧制：选用坯料厚度110mm板坯进行加热，实测坯料相变点为765～770℃。加热温度1030±10℃，保温系数取1.0min/mm，即保温时间110min，入炉后到温计时。加热完成后，迅速开至轧机，轧至目标厚度15mm，轧程变形率86%，单道次变形率≤30%，轧制速度1.5m/s，终轧温度798℃。

步骤二、表面处理：一火板经打磨、抛光去除表面裂纹、压入等缺陷，修磨方向垂直于一火轧制方向。

步骤三、二火加热轧制：二火换向轧制，即轧制方向与一火轧制方向垂直，加热温度950±10℃，保温系数取1.0min/mm，即保温时间15min，轧至目标厚度7mm，轧程变形率53%，单道次变形率≤25%，终轧温度780℃。

步骤四、表面处理：二火板经喷砂酸洗与修磨，去除表面裂纹、压入等缺陷，修磨方向平行于二火轧制方向。

步骤五、三火加热轧制：三火单向轧制，加热温度950±10℃，保温系数取1.0min/mm，即保温时间7min，轧至目标厚度3.8mm，轧程变形量46%，终轧温度784℃。

步骤六、再结晶退火：采用大气气氛进行再结晶退火，加热温度800℃±10℃，保温时间40min，出炉后空冷。

步骤七、表面处理：采用喷砂、酸洗，酸洗去除量控制在0.04～0.06mm，酸洗后修磨去除表面压入等缺陷。

步骤八、冷轧：采用冷轧机冷轧至目标厚度2.2mm，轧程变形量42%，轧制后切除合金边部及头部碎边。

步骤九、固溶处理：采用大气气氛固溶处理，加热温度820℃，保温时间35min，出炉后风冷至200℃以下空冷至室温。

步骤十、表面处理：采用喷砂、酸洗，酸洗后修磨去除表面压入等缺陷。

步骤十一、定尺：根据预设规格尺寸，选取板型和表面质量良好的部位进行成品定尺，成品板材实测性能见表1。

实施例3：

步骤一、一火加热轧制：选用坯料厚度130mm板坯进行加热，实测坯料相变点为760～765℃。加热温度1050±10℃，保温系数取1.2min/mm，即保温时间156min，入炉后到温计时。加热完成后，迅速开至轧机，轧至目标厚度18mm，轧程变形率86%，单道次变形率≤30%，轧制速度1.7m/s，终轧温度805℃。

步骤二、表面处理：一火板经打磨、抛光去除表面裂纹、压入等缺陷，修磨方向垂直于一火轧制方向。

步骤三、二火加热轧制：二火换向轧制，即轧制方向与一火轧制方向垂直，加热温度910±10℃，保温系数取1.0min/mm，即保温时间18min，轧至目标厚度8mm，轧程变形率56%，单道次变形率≤25%，终轧温度801℃。

步骤四、表面处理：二火板经喷砂酸洗与修磨，去除表面裂纹、压入等缺陷，修磨方向平行于二火轧制方向。

步骤五、三火加热轧制：三火单向轧制，加热温度910±10℃，保温系数取1.2min/mm，即保温时间10min，轧至目标厚度4mm，轧程变形量50%，终轧温度784℃。

步骤六、再结晶退火：采用大气气氛进行再结晶退火，加热温度790℃±10℃，保温时间50min，出炉后空冷。

步骤七、表面处理：采用喷砂、酸洗，酸洗去除量控制在0.04～0.06mm，酸洗后修磨去除表面压入等缺陷。

步骤八、冷轧：采用冷轧机冷轧至目标厚度2.5mm，轧程变形量38%，轧制后切除合金边部及头部碎边。

步骤九、固溶处理：采用大气气氛固溶处理，加热温度800℃，保温时间40min，出炉后风冷至200℃以下空冷至室温。

步骤十、表面处理：采用喷砂、酸洗，酸洗后修磨去除表面压入等缺陷。

步骤十一、定尺：根据预设规格尺寸，选取板型和表面质量良好的部位进行成品定尺，成品板材实测性能见表1。

实施例4：

步骤一、一火加热轧制：选用坯料厚度150mm板坯进行加热，实测坯料相变点为755～760℃。加热温度1050±10℃，保温系数取1.2min/mm，即保温时间180min，入炉后到温计时。加热完成后，迅速开至轧机，轧至目标厚度20mm，轧程变形率87%，单道次变形率≤30%，轧制速度1.6m/s，终轧温度800℃。

步骤二、表面处理：一火板经打磨、抛光去除表面裂纹、压入等缺陷，修磨方向垂直于一火轧制方向。

步骤三、二火加热轧制：二火换向轧制，即轧制方向与一火轧制方向垂直，加热温度920±10℃，保温系数取1.2min/mm，即保温时间24min，轧至目标厚度8mm，轧程变形率60%，单道次变形率≤25%，终轧温度791℃。

步骤四、表面处理：二火板经喷砂酸洗与修磨，去除表面裂纹、压入等缺陷，修磨方向平行于二火轧制方向。

步骤五、三火加热轧制：三火单向轧制，加热温度920±10℃，保温系数取1.2min/mm，即保温时间10min，轧至目标厚度4mm，轧程变形量50%，终轧温度789℃。

步骤六、再结晶退火：采用大气气氛进行再结晶退火，加热温度780℃±10℃，保温时间50min，出炉后空冷。

步骤七、表面处理：采用喷砂、酸洗，酸洗去除量控制在0.04～0.06mm，酸洗后修磨去除表面压入等缺陷。

步骤八、冷轧：采用冷轧机冷轧至目标厚度3.0mm，轧程变形量25%，轧制后切除合金边部及头部碎边。

步骤九、固溶处理：采用大气气氛固溶处理，加热温度800℃，保温时间50min，出炉后风冷至200℃以下空冷至室温。

步骤十、表面处理：采用喷砂、酸洗，酸洗后修磨去除表面压入等缺陷。

步骤十一、定尺：根据预设规格尺寸，选取板型和表面质量良好的部位进行成品定尺，成品板材实测性能见表1。

表1 采用本发明获得TB5合金薄板性能

由表1可见，本发明制备的TB5合金薄板综合性能良好，有较高的性能富裕量，满足GB/T3621技术要求。

Claims (3)

1.一种TB5合金板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、一火加热轧制

选取厚度为100～150mm的TB5合金板坯作为坯料，将坯料置于加热炉内进行加热并保温，加热温度为坯料的相变点T_β以上250～300℃±10℃，保温时间t₁= H×C₁，H为坯料厚度，C₁为保温时间系数，C₁取值为1.0～1.2 min/mm；保温后将坯料送至轧机进行一火轧制，控制轧程变形量50%~90%，单道次变形率≤30%，轧制速度不低于1.5m/s，并保证终轧温度在坯料的相变点T_β以上，得到厚度为h₁的一火轧制板坯；

步骤二、对一火轧制板坯进行表面修磨，修磨方向垂直于一火轧制方向；

步骤三、二火加热轧制

将步骤二修磨后的板坯置于加热炉内进行加热并保温，加热温度为板坯的相变点T_β以上150～200℃±10℃，保温时间t₂= h₁×C₂，C₂为保温时间系数，C₂取值为1.0～1.2 min/mm；保温后将板坯送至轧机进行二火轧制，二火轧制方向与一火轧制方向垂直，控制轧程变形量40%~85%，单道次变形率≤25%，并保证终轧温度在板坯的相变点T_β以上，得到厚度为h₂的二火轧制板坯；

步骤四、对二火轧制板坯进行喷砂和酸洗，酸洗后进行表面修磨，修磨方向平行于二火轧制方向；

步骤五、三火加热轧制

将步骤四修磨后的板坯置于加热炉内进行加热并保温，加热温度为板坯的相变点T_β以上150～200℃±10℃，保温时间t₃= h₂×C₃，C₃为保温时间系数，C₃取值为1.0～1.2 min/mm；保温后将板坯送至轧机进行三火轧制，控制轧程变形量40%~80%，并保证终轧温度在板坯的相变点T_β以上，得到三火轧制板坯；

步骤六、再结晶退火

采用大气气氛退火方式对三火轧制板坯进行退火处理，退火温度为板坯的相变点T_β以上30℃±10℃，保温时间35～50min，保温完成后将板坯出炉进行空冷；

步骤七、对退火处理后的板坯进行喷砂和酸洗，酸洗去除量控制为0.04～0.06mm，酸洗后进行表面修磨；

步骤八、冷轧

将步骤七修磨后的板坯送至冷轧机进行冷轧，控制轧程变形量20%~45%，轧制后切割去除板坯的边部及头部碎边，得到厚度为板材目标厚度的冷轧板坯；

步骤九、固溶处理

对冷轧板坯进行大气气氛固溶处理，加热温度为板坯的相变点T_β以上20～50℃，保温时间35～50min，保温完成后将板坯出炉风冷至200℃以下，然后空冷至室温；

步骤十、对固溶处理后的板坯进行喷砂和酸洗，酸洗后进行表面修磨，然后进行定尺分切，得到所需的TB5合金板材。

2.根据权利要求1所述的一种TB5合金板材的制备方法，其特征在于：所述的表面修磨为对板坯进行打磨和抛光，去除表面裂纹、压入缺陷。

3.根据权利要求1所述的一种TB5合金板材的制备方法，其特征在于：步骤十中的定尺分切的方法为根据预设规格尺寸，选取成品板材板型和表面质量良好的部位进行成品定尺。