[发明专利]一种钛合金板材

说明书

本发明涉及一种钛合金板材，通过对钛合金板材的Al元素等主要成分的比例调整和加入Sn、Ga等辅助元素，以及轧制、退火、表面处理等制备工艺优化，控制了钛合金的组织均匀性，改善了其加工性能，解决了轧制过程困难、涂层易脱落等问题，并且使钛合金板材成品能够具有高强度和高塑性。

技术领域

本发明涉及钛合金材料领域，具体的说，是涉及一种钛合金板材。

背景技术

钛合金不仅具有比强度高、耐热耐蚀性好、无磁性、耐超低温等优良性能，还有超导、生物相容性好、形状记忆与储氢等独特功能，被广泛应用于航空航天、军事及民用领域。钛及钛合金应用的广度和深度，在一定程度上体现了一个国家或地区的经济科技实力。钛材最初被应用于对高强度、低密度材料有迫切需求的航空航天领域，并成为了该领域的“脊柱”之一，而后在船舶、汽车和能源等领域逐渐得到了广泛的应用。目前，汽车工业发展的主题是安全、节能与环保，汽车轻量化是提高燃油利用率、减少尾气排放的主要措施，受到各大汽车厂商的广泛重视。汽车质量每降低8%，可使汽车燃料量少消耗8~10%，从而使排放的尾气减少约10%。钛合金不仅使汽车重量减小，还使因空气阻力和摩擦造成的能量损失减小，提高燃料利用率，在汽车行业有极大的应用潜力。

钛合金的导热系数低、弹性模量小、化学活性大、易于氧化与氢脆，属于难变形材料，对加工环境与工艺要求较高。钛合金在塑性成型的过程中要考虑形状和性能两个方面，不但尺寸要满足使用要求，强度、塑性等性能也要足够理想，若要同时兼顾这两方面比较困难，需要采用合理的加工工艺与方法。

关于钛合金板材及其制备方法，目前还有许多难题亟待解决，严重制约着它的发展。例如，通常希望钛合金板材具有高强度、高塑性，但强度和韧性往往很难兼得。钛合金板材现有的轧制过程中塑性差、变形抗力大、容易开裂，轧制过程困难，尚需优化轧制工艺，并通过多种工艺方法控制其组织均匀性。还需要通过适当的表面处理技术，来改善钛合金耐磨性差、涂层易脱落等问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种钛合金板材，能够具有高强度和高塑性，且表面涂层不脱落，能保持良好的机械性能。具体如下：

一种钛合金板材，其特征在于：所述钛合金板材原料包含以下元素成分：Al:4.5~6.5％、Fe:2.0~3.5％、Si:1.0~1.5％、Mn:0.5~1.0％、Zr:0.5~1.0％、Zn:0.1~0.5％，余量为Ti，上述百分比为质量百分比；所述Al的质量百分比大于除Ti以外的所有其他元素的质量百分比之和；所述钛合金板材成品表面由内向外依次制备有Zr-ZrN层、SiO₂层和钝化膜。

优选地，所述钛合金板材成品表面的位错密度平均为7.0×10¹⁴~7.5×10¹⁴m^-2。

优选地，所述钛合金板材原料还包含以下元素成分：Sn:0.015~0.025％、Ga:0.005~0.015％、V:0.010％以下和Mo:0.010％以下，上述百分比为质量百分比。

所述钛合金板材成品的室温抗拉强度为850~900MPa，延伸率为15~20%。

所述钛合金板材制备方法包括以下步骤：

(a) 将所述钛合金板材原料熔炼，在690~750℃下连续铸造得到板坯；

(b) 将所述板坯进行轧制，先进行热轧，然后进行80~85％压下率的冷轧，得到厚度为15~20mm厚度的轧制后板材；

(c) 将所述轧制后板材加工至表面粗糙度Ra＜0.4µm，然后将所述加工后板材进行退火，退火温度为700~720℃，退火保温时间为1~2h，得到热处理后的钛合金板材；