CN114871274B - 一种精准调控近α型高温钛合金箔材织构的轧制工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种精准调控近α型高温钛合金箔材织构的轧制工艺，包括以下步骤：将近α型高温钛合金坯料在加热炉中保温，轧制获得坯料，再进行表面修磨处理后进行剪切分组，用钢板包覆表面，界面间加入润滑剂，制成包覆叠轧包，将包覆叠轧包在β相变点以下的加热炉中保温，轧制获得坯料，将包覆轧制包在β相变点以下的加热炉中保温，轧制获得坯料，将所得坯料经过蠕变校形后去除包覆叠轧层，获得半成品箔材，通过碱酸洗后获得轧制态箔材，将轧制态箔材放入真空炉中进行真空退火处理，获得目标织构的成品箔材。本发明通过调控热轧过程中的轧制方向，无需热处理，即可完成对成品箔材织构的精确调控。

Description

一种精准调控近α型高温钛合金箔材织构的轧制工艺

技术领域

本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种精准调控近α型高温钛合金箔材织构的轧制工艺。

背景技术

近α型高温钛合金箔材由于轻质、高强度、耐高温等优点已成为空天飞机、超高声速飞行器的机翼蜂窝壁板等构件的主要钛合金半成品。箔材成形所需变形量大，目前国内专利通常采用热轧和冷轧工艺结合的方式获得目标箔材。冷轧过程变形抗力大，由于α钛为密排六方结构，极易发生轧制加工过程中的晶体取向转动形成择优取向，即形成织构。

织构与材料性能的各向异性密切相关，Abarbekoh等在《Materials&Design》(2012年37期223-227页)研究表明，拥有横向织构的钛合金存在强烈的力学各向异性，而拥有基面织构的钛合金的力学各向异性更弱。尽管多数时候各向异性的存在对材料成形不利，有研究发现其对材料的开发和利用具有重大影响。

Bache等在《Materials Science and Engineering:A》(2001年319期409-414页)研究表明，具有横向织构的Ti-6Al-4V合金的横向试样弯曲强度更高，但轧制方向试样具有更好的弯曲塑性和最大弯曲强度，同时，横向试样的疲劳寿命要低于轧制方向试样。

Li等在《Materials Science and Engineering:A》(2017年688期322-329页)研究表明，具有横向织构的Ti60合金的横向试样具有更优异的抗蠕变性能和持久性能。因此，根据实际工艺需求调控箔材织构存在必要性。

中国专利公开号为CN103230936A的专利公开了热轧下减弱钛板织构的方法，但并未公开通过热轧工艺控制如何获得理想织构类型。专利CN105568196A通过循环相变的热处理调控织构类型，相较热轧工艺，工艺繁琐，且相变过程由于变体选择现象晶体取向转变复杂，难以精确调控织构。

基于此，提出一种精准调控近α型高温钛合金箔材织构的轧制工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种精准调控近α型高温钛合金箔材织构的轧制工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种精准调控近α型高温钛合金箔材织构的轧制工艺，包括以下步骤：

S1、将厚度为16～20mm的近α型高温钛合金坯料在温度950℃～1000℃的加热炉中保温60～90min，轧制获得厚度为2±0.2mm的坯料；

S2、将坯料进行表面修磨处理后进行剪切，2～4片一组，用钢板包覆表面，界面间加入润滑剂，制成包覆叠轧包；

S3、将包覆叠轧包在β相变点以下20～80℃的加热炉中保温，保温时间为t1，轧制获得厚度为0.5±0.1mm的坯料。

S4、将包覆轧制包在β相变点以下20～50℃的加热炉中保温，保温时间为t2，轧制获得厚度为0.13±0.04mm的坯料；

S5、将所得坯料经过蠕变校形后去除包覆叠轧层，获得半成品箔材，通过碱酸洗后获得厚度为0.08～0.15mm的轧制态箔材；

S6、将轧制态箔材放入真空炉中进行真空退火处理，获得厚度为0.08～0.15mm的目标织构的成品箔材。

作为优选的，S1中的轧制轧程数为4～8次，每轧程总变形量不小于30％，每道次变形量5～15％。

作为优选的，S2中的轧制，包套叠轧包中钢板与每片近α型高温钛合金坯料的厚度比为5～10:1，钢板经过抛光处理，润滑剂采用碳粉。

作为优选的，S3中的轧制，每轧程道次数为2～4次，每轧程变形量不大于30％，每道次的变形量为5～20％。

作为优选的，S3中的轧制方向的选择根据目标织构而定，具体的：当该方向与S1中的轧制方向平行时获得横向织构；当该方向与S1中的轧制方向垂直时获得轧向织构；当每轧程的轧制方向与上一轧程的轧制方向垂直时，则获得基面织构成品箔材。

作为优选的，t1＝d×1.5-10～d×1.5+10min，t2＝d×1.5-5～d×1.5+5min；

其中d为包覆轧制包的厚度，单位为mm。

作为优选的，S4中的轧制，保温温度的选择标准为温度越高，织构越弱，每轧程的总变形量不大于20％，其道次数为1～2次，轧制方向与S3中的相同。

作为优选的，S5中真空退火处理的温度为650℃～750℃，时间为90min～180min，真空度10^-4～10^-3Pa，随炉冷却。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过调控热轧过程中的轧制方向，无需热处理，即可完成对成品箔材织构的精确调控。

2、采用本发明制备的高温钛合金箔材厚度为0.08～0.15mm，表面质量优良，其织构可为横向织构/轧向织构/基面织构，织构强度可根据热轧温度调控。

附图说明

图1是本发明实施例一中Ti65钛合金箔材的{0001}极图；

图2是本发明实施例二中Ti65钛合金箔材的{0001}极图；

图3是本发明实施例三中Ti65钛合金箔材的{0001}极图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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1，本发明提供一种技术方案：厚度为0.10mm的拥有横向织构的近α型高温钛合金Ti65钛合金箔材的制备；

S1、将尺寸为200×150×18mm的Ti65合金坯料，在1000℃加热75min，得到厚度为2.0mm的板坯，轧程数为7，每轧程总变形量为27％，每道次变形量7～12％；

S2、将所得2mm的Ti65合金坯料表面修磨后，将坯料剪切，2片一组，用厚度为20mm的钢板包覆表面，界面间加入碳粉，制成包覆叠轧包；

S3、将所得包覆叠轧包在970℃的加热炉中保温50min，轧制方向与S1相同，轧程数为5次，每轧程总变形量为24％，每道次变形量7～15％，轧制获得厚度为0.5mm的坯料；

S4、将所得包覆轧制包在1000℃的加热炉中保温15min，轧程数为6次，每轧程总变形量为20％，轧制方向与S3相同，轧制获得厚度为0.13mm的坯料。

S5、将所得坯料经过蠕变校形后去除包覆叠轧层，获得半成品箔材通过碱酸洗后获得厚度为0.10mm的轧制态箔材。

S6、将轧制态箔材放入真空炉中进行真空退火处理，其温度为700℃，退火时间180min，真空度10^-4Pa，获得厚度为0.10mm的目标织构的成品箔材。

本实施例制备的厚度为0.10mm的近α型高温钛合金Ti65钛合金箔材，表面质量优良，其织构为横向织构，具体如图1所示。

实施例2，本发明提供一种技术方案：厚度为0.11mm的拥有轧向织构的近α型高温钛合金Ti65钛合金箔材的制备，

S1、将尺寸为200×150×18mm的Ti65合金坯料，在1000℃加热60min，得到厚度为1.9mm的板坯，轧程数为7，每轧程总变形量为28％，每道次变形量6～13％；

S2、将所得1.9mm的Ti65合金坯料表面修磨后，将坯料剪切，2片一组，用厚度为20mm的钢板包覆表面，界面间加入碳粉，制成包覆叠轧包；

S3、将所得包覆叠轧包在950℃的加热炉中保温35min，轧制方向与S1的垂直，轧程数为5次，每轧程总变形量为24％，每道次变形量8～17％，轧制获得厚度为0.49mm的坯料。

S4、将所得包覆轧制包在980℃的加热炉中保温12min，轧程数为6次，每轧程总变形量为19％，轧制方向与S3相同，轧制获得厚度为0.14mm的坯料。

S5、将所得坯料经过蠕变校形后去除包覆叠轧层，获得半成品箔材通过碱酸洗后，获得厚度为0.11mm的轧制态箔材。

S6、将轧制态箔材放入真空炉中进行真空退火处理，其温度为750℃，退火时间150min，真空度10^-4Pa，获得厚度为0.11mm的具有轧向织构的成品箔材。

本实施例制备的厚度为0.11mm的近α型高温钛合金Ti65钛合金箔材，表面质量优良，其织构为轧向织构，具体如图2所示。

实施例3，本发明提供一种技术方案：厚度为0.12mm的拥有基面织构的近α型高温钛合金Ti65钛合金箔材的制备，

S1、将尺寸为200×150×18mm的Ti65合金坯料在1000℃加热70min，得到厚度为2.2mm的板坯，轧程数为7，每轧程总变形量为26％，每道次变形量8～12％；；

S2、将所得2.2mm的Ti65合金坯料表面修磨后，将坯料剪切，2片一组，用厚度为20mm的钢板包覆表面，界面间加入碳粉，制成包覆叠轧包；

S3、将所得包覆叠轧包在1000℃的加热炉中保温40min，进行交叉轧制，即每轧程的轧制方向与上一轧程的轧制方向垂直，初始轧制方向与S1的相同，轧程数为7次，每轧程总变形量为16％，每道次变形量6～15％，轧制获得厚度为0.60mm的坯料。

S4、将所得包覆轧制包在1000℃的加热炉中保温15min，轧程数为6次，每轧程总变形量为20％，轧制方向与S3相同，轧制获得厚度为0.14mm的坯料。

S5、将所得坯料经过蠕变校形后去除包覆叠轧层，获得半成品箔材通过碱酸洗后，获得厚度为0.12mm的轧制态箔材。

S6、将轧制态箔材放入真空炉中进行真空退火处理，其温度为750℃，退火时间90min，真空度10^-4Pa，获得厚度为0.12mm的具有基面织构的成品箔材。

本实施例制备的厚度为0.12mm的近α型高温钛合金Ti65钛合金箔材，表面质量优良，其织构为基面织构，如图3所示。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种精准调控近α型高温钛合金箔材织构的轧制工艺，其特征在于，包括以下步骤：

将厚度为16～20mm的近α型高温钛合金坯料加热保温后轧制获得厚度为2±0.2mm的坯料，坯料表面修磨处理后制成包覆叠轧包；

将包覆叠轧包在β相变点以下进行两次保温轧制，获得厚度为0.13±0.04mm的处理后的坯料；

两次保温轧制中第一次保温轧制是将包覆叠轧包在β相变点以下20～80℃的加热炉中保温，保温时间为t1min，每轧程道次数为2～4次，每轧程变形量不大于30％，每道次的变形量为5～20％；t1＝d×1.5-10～d×1.5+10min，其中，d为包覆叠轧包的厚度，单位为mm；

将处理后的坯料经过蠕变校形后去除包覆叠轧包，碱酸洗后获得轧制态箔材，再进行真空退火处理，获得厚度为0.08～0.15mm的目标织构的成品箔材。

2.根据权利要求1所述的一种精准调控近α型高温钛合金箔材织构的轧制工艺，其特征在于，近α型高温钛合金坯料在温度950℃～1000℃的加热炉中保温60～90min，轧制获得厚度为2±0.2mm的坯料，轧制轧程数为4～8次，每轧程总变形量不小于30％，每道次变形量5～15％。

3.根据权利要求1所述的一种精准调控近α型高温钛合金箔材织构的轧制工艺，其特征在于，包覆叠轧包中钢板与每片近α型高温钛合金坯料的厚度比为5～10:1，钢板经过抛光处理，润滑剂采用碳粉。

4.根据权利要求1所述的一种精准调控近α型高温钛合金箔材织构的轧制工艺，其特征在于，两次保温轧制中第一次保温轧制中的轧制方向的选择根据目标织构而定，具体的：当该方向与近α型高温钛合金坯料加热保温后轧制的轧制方向平行时获得横向织构；当该方向与近α型高温钛合金坯料加热保温后轧制的轧制方向垂直时获得轧向织构；当每轧程的轧制方向与上一轧程的轧制方向垂直时，则获得基面织构成品箔材。

5.根据权利要求1所述的一种精准调控近α型高温钛合金箔材织构的轧制工艺，其特征在于，两次保温轧制中第二次保温轧制是将经过第一次保温轧制后的包覆叠轧包在β相变点以下20～50℃的加热炉中保温，保温时间为t2min，保温温度的选择标准为温度越高，织构越弱，每轧程的总变形量不大于20％，其道次数为1～2次，轧制方向与第一次保温轧制中的相同。

6.根据权利要求5所述的一种精准调控近α型高温钛合金箔材织构的轧制工艺，其特征在于，t2＝d×1.5-5～d×1.5+5min；其中d为包覆叠轧包的厚度，单位为mm。

7.根据权利要求1所述的一种精准调控近α型高温钛合金箔材织构的轧制工艺，其特征在于，真空退火处理是将轧制态箔材放入真空炉中进行真空退火处理，温度为650℃～750℃，时间为90min～180min，真空度10^-4～10^-3Pa，随炉冷却。

Images