[发明专利]一种损伤容限钛合金板材轧制及配套热处理工艺

说明书

本发明涉及钛合金板材轧制及配套热处理技术领域，具体为一种适用于TC4、TA15等α+β型及近α型损伤容限钛合金板材轧制及配套热处理工艺。为了获得原始β晶粒，传统钛合金制备工艺通常是α+β两相区锻造或轧制变形，而后在β单相区热处理，然而该工艺下获得的原始β晶粒尺寸分布不均匀，导致力学性能波动。本发明通过开展变形工艺对β晶粒再结晶及生长行为研究，将板材终轧温度设置在β单相区，而后实施单火次的40％～70％的轧制变形量，轧制完成后将板材置于β单相区进行固溶处理，获得均匀一致的原始β晶粒，即“β相区轧制”+“β相区热处理”的主导工艺路线，可应用于航空、航天、海洋等技术领域。

技术领域

本发明涉及钛合金板材轧制及配套热处理技术领域，具体为一种适用于TC4、TA15等α+β型及近α型损伤容限钛合金板材轧制及配套热处理工艺，可应用于航空、航天、海洋等技术领域。

背景技术

钛合金因具有较高的比强度、优异的耐腐蚀性能，在航空、航天、海洋等领域获得广泛的应用。具有粗大原始β晶粒的钛合金表现出优异的损伤容限性能(低裂纹扩展速率及高断裂韧性)，广泛应用于航空关键承载部件，其典型的显微组织形貌见图1。

为了使钛合金获得具有粗大原始β晶粒的显微组织，传统制备工艺是α+β两相区锻造或轧制变形，而后在β单相区热处理，工艺路线见图2。但是，通过大量的研究结果表明，对于板材通过“α+β两相区轧制”+“β相区热处理”获得的原始β晶粒尺寸分布不均匀，具体实例见图3、图4、图5。如图3所示，按照图2主导工艺制备的厚度为75mm板材的低倍组织形貌，分别在表层(位置1)、中心(位置2)处取样进行高倍显微组织观察，分析原始β晶粒尺寸均匀性。对表层及中心两个位置原始β晶粒的外廓进行提取，结果分别见图4、图5，可以看出，利用图2中传统主导工艺制备的厚板原始β晶粒尺寸分布不均匀，表现为在局部位置存在超细或超粗的原始β晶粒聚集。原始β晶粒尺寸分布不均匀不利于材料的力学性能。此外，超大的原始β晶粒也使得板材晶粒尺寸不符合相关的材料规范。因此，提高β相区热处理后板材原始β晶粒尺寸的均匀性是该类型板材需要解决的技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提出一种损伤容限钛合金板材轧制及配套热处理工艺，以优化损伤容限型钛合金厚板原始β晶粒尺寸均匀性。

本发明的技术方案如下：

一种损伤容限钛合金板材轧制及配套热处理工艺，将板材终轧温度设置在β单相区，而后实施单火次的40％～70％的轧制变形量，轧制完成后将板材置于β单相区进行固溶处理，获得均匀一致的原始β晶粒，即“β相区轧制”+“β相区热处理”的主导工艺路线。

所述的损伤容限钛合金板材轧制及配套热处理工艺，将钛合金板材的终轧加热温度设定为相变点以上30～50摄氏度，板材终轧的变形量为40％～70％。

所述的损伤容限钛合金板材轧制及配套热处理工艺，终轧完成后，进行板材热处理，热处理温度为相变点以上20～50摄氏度。

所述的损伤容限钛合金板材轧制及配套热处理工艺，根据板材厚度设定保温时间，保温时间为0.5～1.5min/mm厚度。

所述的损伤容限钛合金板材轧制及配套热处理工艺，原始β晶粒分布均匀一致，晶粒尺寸小于2mm。

本发明中优化损伤容限型钛合金厚板原始β晶粒尺寸均匀性工艺的设计原理如下：

(1)在β相区热处理过程中，β晶粒的生长主要受两种因素的控制：热力学因素和动力学因素，其中热力学因素为总的界面能减少，即大晶粒生长小晶粒减小；动力学因素则为温度，温度越高，原子扩散速度越快，越有利于晶粒生长。两种因素共同作用于晶粒生长的全过程，在某一阶段其中的一个因素可能成为主要控制因素，在另一个阶段则可能转变为次要因素。