CN112921202A - 一种低成本高强高韧钛合金装甲板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低成本高强高韧钛合金装甲板及其制备方法，该方法包括以下步骤：1)将包括TC4块料、TiO2和硼砂的炉料进行电子束熔炼，得到第一钛合金扁锭；2)将第一钛合金扁锭进行切宽和表面处理，进行加热，得到第二钛合金扁锭；3)将第二钛合金扁锭进行一火轧制，得到第一板坯；4)对第一板坯进行切宽和修磨处理，进行加热，然后进行二火换向轧制，得到第二板坯；5)将第二板坯进行压力淬火、压形时效处理，得到第三板坯；6)对第三板坯进行后处理，即得。本发明方法压缩了原材料成本，简化了装甲板的制造工艺，所制备的装甲板力学性能优异，兼具较高的强度与优异的韧性，并且可防护53式7.62mm普通钢芯弹。

Description

一种低成本高强高韧钛合金装甲板及其制备方法
技术领域
本发明涉及钛合金板材装甲防护领域，尤其涉及一种低成本高强高韧钛合金装甲板及其制备方法。
背景技术
随着战场环境复杂程度的日益加剧，对装甲战车的性能提出了新的更高的要求。其中最核心的要求之一便是在不削弱车体装甲防护性能的前提下减轻车体的重量，从而提升战车的整体机动性和功能多样性。此外，传统的钢铁装甲板容易受到电化学腐蚀作用，导致战车在保养过程中耗费了大量的人力、物力、财力。
钛合金是一种具有低密度、高强度、耐腐蚀等一系列优异性能的金属材料，广泛应用于生产、生活、军事、医疗等领域，其中钛合金板材占据了钛合金材料的80％。但钛合金成本高昂，加工困难，使得钛合金材料在装甲板中的大范围应用与发展受到极大阻碍。
因此急需开发出一种低成本、抗弹性能优异的钛合金装甲板代替传统钢铁装甲板使得军用战车在沙地、海洋等恶劣战场环境下仍可正常服役。
发明内容
本发明实施例提供一种低成本高强高韧钛合金装甲板的制备方法，解决了钢铁装甲板重量大、易腐蚀的缺陷以及钛合金成本过高的制约。
本发明实施例提供一种低成本高强高韧钛合金装甲板的制备方法，包括以下步骤：
1)将包括TC4块料、TiO2和硼砂的炉料进行电子束熔炼，得到第一钛合金扁锭；
2)将步骤1)中的第一钛合金扁锭进行切宽和表面处理，进行加热，得到第二钛合金扁锭；
3)将步骤2)中的第二钛合金扁锭进行一火轧制，得到第一板坯；
4)对步骤3)中的第一板坯进行切宽和修磨处理，进行加热，然后进行二火换向轧制，得到第二板坯；
5)将步骤4)中的第二板坯进行压力淬火、压形时效处理，得到第三板坯；
6)对步骤5)所述第三板坯进行后处理，即得。本发明提供的低成本高强高韧钛合金装甲板的制备方法压缩了原材料成本，通过直接对熔炼得到的扁锭进行轧制，省略了合金铸锭的开坯及多次墩拔过程，简化了加工流程，简化了装甲板的制造工艺，经过本发明上述工艺所制备的装甲板力学性能优异，兼具较高的强度与优异的韧性，并且可防护53式7.62mm普通钢芯弹。
根据本发明实施例提供的一种低成本高强高韧钛合金装甲板的制备方法，步骤1)中，所述炉料中TiO2质量分数为0.25～0.3wt.％，硼砂质量分数＜0.2wt.％，其余为TC4块料。本发明中，选用上述用量的回收TC4块料、TiO2、硼砂为原料，一方面压缩了生产钛合金装甲板的原料成本，同时上述原料中加入的B元素和O元素，细化了合金晶粒，提高装甲板的耐腐蚀性能，提升合金的强度；尤其在上述质量份数下，能够在保证钛合金装甲板较高的塑性与韧性，其综合性能更优异。
根据本发明实施例提供的一种低成本高强高韧钛合金装甲板的制备方法，步骤1)中，所述第一钛合金扁锭尺寸为120～180mm厚×800～1500mm宽×4000～7000mm长，优选为150mm厚×1300mm宽×5700mm长。
根据本发明实施例提供的一种低成本高强高韧钛合金装甲板的制备方法，步骤2)中，所述第二钛合金扁锭的尺寸为120～160mm厚×800～1500mm宽×1000～2500mm长，优选为140mm厚×1300mm宽×1800mm长；和/或，所述表面处理为去除表面3～5mm金属皮。
根据本发明实施例提供的一种低成本高强高韧钛合金装甲板的制备方法，步骤2)中，加热温度为950～970℃，保温时间为150～220min，优选为180min。
本发明中，优选在所述加热时，控制第一钛合金扁锭左右往复运动，以确保受热更均匀。本发明在上述步骤中，通过控制上述优选的钛合金扁锭的尺寸范围及加热工艺参数，能够更好的获得高强高韧且综合性能更优异的钛合金装甲板。
根据本发明实施例提供的一种低成本高强高韧钛合金装甲板的制备方法，步骤4)中，加热温度为950～970℃，保温时间为40～50min，优选为45min。
根据本发明实施例提供的一种低成本高强高韧钛合金装甲板的制备方法，步骤4)中，所述第一板坯切宽和修磨处理后的尺寸为25～35mm厚×800～1300mm宽×1000～2000mm长，优选为30mm厚×1000mm宽×1300mm长；和/或，所述第二板坯的尺寸为6.3～7.5mm厚×900～1200mm宽×4500～5200mm长，优选为7.2mm厚×1120mm宽×4800mm长。
根据本发明实施例提供的一种低成本高强高韧钛合金装甲板的制备方法，步骤5)中，压力淬火的温度为920～940℃，处理时间为25～35min，优选为30min；和/或，压形时效的温度为590～610℃，处理时间为110～125min，优选为120min。本发明中，经过上述优选压力淬火和压形时效工艺后，能够得到组织更均匀的装甲板，改善了板材的塑性。
根据本发明实施例提供的一种低成本高强高韧钛合金装甲板的制备方法，步骤6)中，所述后处理包括喷砂、酸洗和定尺处理；后处理得到的钛合金装甲板的尺寸为6.5～7.5mm厚×950～1100mm宽×3900～4200mm长，优选为7.0mm厚×1000mm宽×4000mm长。
本发明实施例还提供一种低成本高强高韧钛合金装甲板，根据所述低成本高强高韧钛合金装甲板的制备方法制得。
本发明实施例还提供一种所述低成本高强高韧钛合金装甲板或所述低成本高强高韧钛合金装甲板的制备方法制得的钛合金装甲板在军用战车、装甲板中的应用
本发明的有益效果至少在于：本发明选用回收TC4块料、TiO2、硼砂为原料，较大程度地压缩了生产钛合金装甲板的原料成本。省略了传统工艺中合金铸锭的开坯以及多次墩拔过程，而是直接对熔炼得到的扁锭进行轧制，简化了钛合金装甲板的加工流程，降低了加工成本。通过向合金中加入B元素和O元素，可以细化合金晶粒，提高装甲板的耐腐蚀性能，提升合金的强度。经过压力淬火和压形时效工艺后得到组织均匀的装甲板，改善了板材的塑性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。
实施例1
本实施例提供了一种低成本高强高韧钛合金装甲板，其制备方法具体步骤如下：
(1)以0.27wt.％的TiO2、0.18wt.％的硼砂和99.55wt.％的回收TC4块料为原料，利用EB炉熔炼得到第一钛合金扁锭；
(2)对第一钛合金扁锭进行切宽，去除表面4mm金属皮，随后放入辊底炉中进行加热，加热温度为950℃，保温时间为180min，得到第二钛合金扁锭；
(3)对步骤(2)中第二钛合金扁锭进行一火轧制，随后对一火轧制板坯进行切宽、修磨、去除表面缺陷，得到尺寸为30mm×1005mm×1302mm的第一板坯；
(4)步骤(3)中第一板坯在950℃下保温45min，随后进行二火换向轧制，得第二板坯；
(5)对步骤(4)所得第二板坯进行压力淬火，压力淬火工艺为930℃下保温30min，随后对板坯进行压形时效处理，时效工艺为600℃下保温120min，得第三板坯；
(6)对步骤(5)所述第三板坯进行喷砂、酸洗、定尺，得到成品装甲板，尺寸为7.0mm×1000mm×4000mm；
对本实施例步骤(6)所述装甲板进行取样和力学性能测试；进行装甲板测试53式7.62mm普通钢芯弹，射距100m，射角0°。
靶板力学性能测试：
实施例1中的靶板沿着轧制方向取拉伸样品，根据GB/T228.1-2010测试其拉伸力学性能，抗拉强度为1049MPa，屈服强度为967MPa，断裂伸长率为15.5％。
靶板性能测试：
实施例1中的靶板在射距100m，射角0度下，测试53式7.62mm普通弹的为四级损伤，依据标准《GJB 59.18-1988装甲车辆实验标准》的规定，靶试合格。
实施例2
本实施例提供了一种低成本高强高韧钛合金装甲板，其制备方法具体步骤如下：
(1)以0.25wt.％的TiO2、0.17wt.％的硼砂和99.58wt.％的回收TC4块料为原料，利用EB炉熔炼得到第一钛合金扁锭；
(2)对第一钛合金扁锭进行切宽，去除表面4mm金属皮，随后放入辊底炉中进行加热，加热温度为960℃，保温时间为180min，得到第二钛合金扁锭；
(3)对步骤(2)中第二钛合金扁锭进行一火轧制，随后对一火轧制板坯进行切宽、修磨、去除表面缺陷，得到尺寸为30mm×1007mm×1305mm的第一板坯；
(4)步骤(3)中第一板坯在960℃下保温45min，随后进行二火换向轧制，得第二板坯；
(5)对步骤(4)所得第二板坯进行压力淬火，压力淬火工艺为930℃下保温30min，随后对板坯进行压形时效处理，时效工艺为600℃下保温120min，得第三板坯；
(6)对步骤(5)所述第三板坯进行喷砂、酸洗、定尺，得到成品装甲板，尺寸为7.0mm×1000mm×4000mm；
对本实施例步骤(6)所述装甲板进行取样和力学性能测试；进行装甲板测试53式7.62mm普通钢芯弹，射距100m，射角0°。
靶板力学性能测试：
实施例2中的靶板沿着轧制方向取拉伸样品，根据GB/T228.1-2010测试其拉伸力学性能，抗拉强度为1053MPa，屈服强度为969MPa，断裂伸长率为15.4％。
靶板性能测试：
实施例2中的靶板在射距100m，射角0度下，测试53式7.62mm普通弹的为三级损伤，依据标准《GJB 59.18-1988装甲车辆实验标准》的规定，靶试合格。
实施例3
本实施例提供了一种低成本高强高韧钛合金装甲板，其制备方法具体步骤如下：
(1)以0.25wt.％的TiO2、0.16wt.％的硼砂和99.59wt.％的回收TC4块料为原料，利用EB炉熔炼得到第一钛合金扁锭；
(2)对第一钛合金扁锭进行切宽，去除表面5mm金属皮，随后放入辊底炉中进行加热，加热温度为970℃，保温时间为180min，得到第二钛合金扁锭；
(3)对步骤(2)中第二钛合金扁锭进行一火轧制，随后对一火轧制板坯进行切宽、修磨、去除表面缺陷，得到尺寸为30mm×1010mm×1309mm的第一板坯；
(4)步骤(3)中第一板坯在970℃下保温45min，随后进行二火换向轧制，得第二板坯；
(5)对步骤(4)所得第二板坯进行压力淬火，压力淬火工艺为930℃下保温30min，随后对板坯进行压形时效处理，时效工艺为600℃下保温120min，得第三板坯；
(6)对步骤(5)所述第三板坯进行喷砂、酸洗、定尺，得到成品装甲板，尺寸为7.0mm×1000mm×4000mm；
对本实施例步骤(6)所述装甲板进行取样和力学性能测试；进行装甲板测试53式7.62mm普通钢芯弹，射距100m，射角0°。
靶板力学性能测试：
实施例3中的靶板沿着轧制方向取拉伸样品，根据GB/T228.1-2010测试其拉伸力学性能，抗拉强度为1047MPa，屈服强度为958MPa，断裂伸长率为15.7％。
靶板性能测试：
实施例3中的靶板在射距100m，射角0度下，测试53式7.62mm普通弹的为三级损伤，依据标准《GJB 59.18-1988装甲车辆实验标准》的规定，靶试合格。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种低成本高强高韧钛合金装甲板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将包括TC4块料、TiO2和硼砂的炉料进行电子束熔炼，得到第一钛合金扁锭；
2)将步骤1)中的第一钛合金扁锭进行切宽和表面处理，进行加热，得到第二钛合金扁锭；
3)将步骤2)中的第二钛合金扁锭进行一火轧制，得到第一板坯；
4)对步骤3)中的第一板坯进行切宽和修磨处理，进行加热，然后进行二火换向轧制，得到第二板坯；
5)将步骤4)中的第二板坯进行压力淬火、压形时效处理，得到第三板坯；
6)对步骤5)所述第三板坯进行后处理，即得。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述炉料中TiO2质量分数为0.25～0.3wt.％，硼砂质量分数＜0.2wt.％，其余为TC4块料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述第一钛合金扁锭尺寸为120～180mm厚×800～1500mm宽×4000～7000mm长，优选为150mm厚×1300mm宽×5700mm长。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述第二钛合金扁锭的尺寸为120～160mm厚×800～1500mm宽×1000～2500mm长，优选为140mm厚×1300mm宽×1800mm长；和/或，所述表面处理为去除表面3～5mm金属皮。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，加热温度为950～970℃，保温时间为150～220min，优选为180min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，加热温度为950～970℃，保温时间为40～50min，优选为45min。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述第一板坯切宽和修磨处理后的尺寸为25～35mm厚×800～1300mm宽×1000～2000mm长，优选为30mm厚×1000mm宽×1300mm长；和/或，所述第二板坯的尺寸为6.3～7.5mm厚×900～1200mm宽×4500～5200mm长，优选为7.2mm厚×1120mm宽×4800mm长。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中，压力淬火的温度为920～940℃，处理时间为25～35min，优选为30min；和/或，压形时效的温度为590～610℃，处理时间为110～125min，优选为120min。
9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤6)中，所述后处理包括喷砂、酸洗和定尺处理；后处理得到的钛合金装甲板的尺寸为6.5～7.5mm厚×950～1100mm宽×3900～4200mm长，优选为7.0mm厚×1000mm宽×4000mm长。
10.一种低成本高强高韧钛合金装甲板，其特征在于，根据权利要求1-9任一项所述低成本高强高韧钛合金装甲板的制备方法制得。
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