CN111471946B - 一种tb5合金板材的制备方法 - Google Patents
一种tb5合金板材的制备方法 Download PDFInfo
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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
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Tβ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Tβ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Tβ以上150~200℃±10℃,保温时间t2= h1×C2,C2为保温时间系数,C2取值为1.0~1.2min/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Tβ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Tβ以上150~200℃±10℃,保温时间t3= h2×C3,C3为保温时间系数,C3取值为1.0~1.2min/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Tβ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Tβ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Tβ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Tβ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Tβ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Tβ以上150~200℃±10℃,保温时间t2= h1×C2,C2为保温时间系数,C2取值为1.0~1.2min/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Tβ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Tβ以上150~200℃±10℃,保温时间t3= h2×C3,C3为保温时间系数,C3取值为1.0~1.2min/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Tβ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Tβ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Tβ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/T 3621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Tβ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Tβ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Tβ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Tβ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Tβ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Tβ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Tβ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Tβ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。
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