[发明专利]一种亚稳定β型钛合金板材加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种亚稳定β型钛合金板材加工方法，属于钛合金加工技术领域。

背景技术

钛及钛合金是一种性能优异的金属材料，广泛应用于航空航天、石油化工、火力及原子能发电、海水淡化、舰艇船舶、汽车及体育休闲等领域。其中钛及钛合金板材是重要的产品形式，占总产量的80％以上。

一股来说，β型钛合金具有高强度和优良的冷加工性能，但是由于金属间化合物析出导致合金易脆(如Ti-13V-11Cr-3Al)或者存在偏析(如Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn)等不利因素阻碍了β型钛合金应用。1981年，美国TIMET公司开发出Ti-15-3合金，该合金含有同晶型β稳定元素V、共析型β稳定元素Cr、中性元素Sn和α稳定元素Al，其名义成分为Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al，是一种亚稳定β钛合金。该合金具有高强度、高韧性、无铸造偏析问题，冷轧和冷成形性能优良，冷轧变形量可达到90％以上。通过时效处理室温强度可以达到1080MPa，主要用于制造各种钣金构件与紧固件。固溶处理状态在200℃以下工作，固溶时效状态可在290℃工作。

由于该合金为亚稳定β型合金，含有临界浓度以上的β稳定元素，少量的Al和中性元素。现有加工工艺：铸锭经过三次真空自耗电弧熔炼后，经过表面清理，在1050℃～1150℃进行4个火次的单向拔长成板坯，然后在950℃～1000℃进行热轧，然后别在760℃～850℃退火，冷轧均出现冷轧开裂现象。主要是由于不当的热加工及热处理工艺导致合金室温加工塑性变差，导致冷加工难于进行且产品性能难以达到要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种Ti-15-3合金板材的加工工艺，提高合金的冷加工性能。

本发明的技术方案：

本发明亚稳定β型钛合金板材加工方法包括以下步骤：

(1)熔炼铸锭

根据钛合金板材的组成成分要求，选择海绵钛、Al-V合金：Ti-Sn合金、纯铬、纯铝为原料，经配料、混料，压制、焊接成电极，熔炼成成品铸锭；

所述焊接和熔炼是在真空状态下进行。因为钛在熔融状态，除不与惰性气体反应外，其它元素均与之发生反应，因此，必须采用真空进行焊接和熔炼。

(2)铸锭开坯

铸锭先在800℃～850℃装炉并保温100-150分钟，然后升温至1100℃～1150℃后保温240～360分钟，经过多次镦拔(镦粗和拔长)后完成第一火；然后经过2火次单向拔长至开坯完成得到坯料；

所述镦粗是使毛坯高度减小，横断面积增大的锻造工序；拔长则是与镦粗相反操作的工序，即断面缩小，长度增加的锻造工序。

采用多次镦拔以控制板坯组织，使其晶粒得到充分破碎，为后续冷加工提供良好的塑性变形能力，因为真空自耗电弧熔炼的铸锭组织很粗大，锻造组织不控制会“遗传”到后面的产品上去，造成冷轧塑性差等缺陷。镦拔次数通常为1～3次，多过3次，因坯料温度降低而使锻造操作比较困难。

(3)板材轧制

将开坯锻造的坯料锯切成板坯在800℃～1000℃温度下进行轧制成4mm～10mm厚的热轧板坯；

热轧板坯经过退火、碱酸洗处理后进行冷轧至厚度为1-3mm的板材；所述退火温度760～850℃钟。

进一步地，所述的亚稳定β型钛合金板材优选Ti-15-3合金板材，步骤(1)熔炼成成品铸锭的成分重量百分比为：

V：14.0-16.0％、Cr：2.5-3.5％、Sn：2.5-3.5％、Al：2.5-3.5％、Fe：≤0.25％、C：≤0.05％、N：≤0.05％、H：≤0.015％、0：≤0.15％，余量为Ti。

步骤(1)所述的各原材料可以选择以下材料：

海绵钛：0或1级，粒度为0.83～12.56mm；

Al-V合金：成分：V＝83～87％，0≤0.25％，Fe≤0.30％，Si≤0.30％，C≤0.30％，其余为Al，粒度≤5mm；

Ti-Sn合金：Sn＝40～80％，0≤0.10％，其余为Ti，粒度≤5mm；

纯铬：Cr≥99.5％，粒度≤5mm；

纯铝：Al≥99.5％，粒度≤10mm。

步骤(1)所述“焊接成电极”可以采用炉外氩弧焊接法，也可以在炉内自耗电极电弧焊接法。炉外氩弧焊接法设备简单，但是焊缝容易氧化污染；在炉内自耗电极电弧焊接法难以保证电极的平直度，生产效率低。

优选的是在真空等离子焊箱中焊接钛电极，能够克服上述两种方法的不足。