[发明专利]一种细晶超塑性TA15钛合金薄板的加工方法

说明书

技术领域

本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种细晶超塑性TA15钛合金薄板的加工方法。

背景技术

细晶钛合金因其具有较高的超塑性，可经超塑成型加工薄壁结构件，广泛代替飞行器各类精密铸件、锻件，用于制造导弹尾翼、导弹壳体等飞行器复杂结构部件，起到明显的减重效果，大幅提高有效载荷。该类构件一般具有高筋薄腹的特征，形状复杂，且投影面积较大，对组织性能要求很高。

TA15钛合金具有良好的综合力学性能，其强度、断裂韧性、疲劳极限、抗应力腐蚀能力略高于TC4钛合金，可作为飞机结构钛合金用材，用于制造飞机隔框、壁板等工作温度较高、受力较复杂的重要结构零件，现已在国内得到了大量应用，其中以板材的应用最为广泛，主要应用于发动机机匣、焊接承力框等航空用关键构件。但由于TA15钛合金存在强度高、塑性差、冷轧变形量小等特点，薄板生产难度大，特别是板材的晶粒度、平直度较难控制，各向异性控制水平较差，造成TA15钛合金板材的质量不稳定，成品率低，超塑性能不高，限制了TA15钛合金板材在高端领域的应用。

传统的TA15钛合金薄板的加工工艺通常采用单向轧制，板材在轧制过程中方向不发生变化，晶粒在轧制过程中沿一个方向变形，导致横纵向显微组织差异较大，板材加工流线明显，且板材表面沿轧制方向会产生“条绒沟”。另外，传统工艺一般采用“热轧+冷轧”相结合的工艺来加工细晶超塑性TA15钛合金板材，由于冷轧变形的加工硬化明显，后续热处理难以消除该影响，导致板材塑性较低；且由于冷轧变形量较小，每道次减薄量较小，轧程较多，加工成本高。

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，提供一种具有良好的工艺可控性和批量生产稳定性的细晶超塑性TA15钛合金薄板的加工方法。利用该方法加工的TA15钛合金薄板组织均匀，晶粒细小，超塑性能优良，性能一致性良好。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种细晶超塑性TA15钛合金薄板的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将厚度为48mm～60mm的TA15钛合金板坯置于加热炉中，在温度为910℃～930℃的条件下保温，保温时间t₁满足：1.25H₁-5≤t₁≤1.25H₁+5，其中H₁为TA15钛合金板坯的厚度，H₁的单位为mm，t₁的单位为min；

步骤二、将步骤一中保温后的TA15钛合金板坯送入热轧机中进行第一轧制，得到厚度为9mm～10.5mm的第一半成品板坯；所述第一轧制为单向轧制；

步骤三、将步骤二中所述第一半成品板坯置于加热炉中，在温度为890℃～910℃的条件下保温，保温时间t₂满足：2H₂-5≤t₂≤2H₂+5，H₂为第一半成品板坯的厚度，H₂的单位为mm，t₂的单位为min；

步骤四、将步骤三中保温后的第一半成品板坯送入热轧机中进行第二轧制，得到厚度为3mm～4mm的第二半成品板坯；所述第二轧制的轧制方向与第一轧制的轧制方向垂直；

步骤五、将步骤四中所述第二半成品板坯在温度为690℃～710℃的条件下保温20min～25min进行表面氧化处理，然后将4～6张表面氧化处理后的第二半成品板坯整齐叠放于上钢板和下钢板之间，并将边侧用钢条进行包覆，之后整体焊封成厚度为48mm～63mm的叠轧包；

步骤六、将步骤五中所述叠轧包置于加热炉中，在温度为910℃～930℃的条件下保温，保温时间t₃满足：1.25H₃-5≤t₃≤1.25H₃+5，其中H₃为叠轧包的厚度，H₃的单位为mm，t₃的单位为min；