[发明专利]一种超大宽幅合金板材的制备方法

说明书

本发明公开了一种超大宽幅合金板材的制备方法，制备方法包括以下步骤：以TA15钛合金板坯为原料，相变温度为990℃，化学成分(质量分数)为Al 6.66％、Mo1.66％、V 2.20％、Zr 2.08％，余量为Ti，首先将板坯在2800mm四辊可逆热轧机上进行两火次热轧，得到厚度为20mm的半成品板坯，两火次的变形量分别为71％和69％，再对其中一部分半成品板坯进行β淬火，另一部分不作处理；然后对2种半成品板坯分别进行单向轧制和换向轧制，得到4mm厚半成品板坯，之后进行包覆叠轧，并经退火及表面处理后，得到尺寸为1.2mm×1200mm×2500mm的超大宽幅TA15钛合金板材。降低超塑成形温度，从而大大降低模具费用，减少零件过热风险，缩短加工周期，提高生产效率和生产质量。

技术领域

本发明涉及合金板材制备领域，尤其涉及一种超大宽幅合金板材的制备方法。

背景技术

超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术以其独特的优越性已经迅速发展成为世界范围内广泛应用的钛合金先进成形技术，作为航空航天领域大型整体复杂板材构件成形的关键技术之一，对结构减重有着举足轻重的作用。而细晶钛合金板材的质量是决定SPF/DB钛合金零件能否成熟应用的关键，细晶板材制备技术也是国际上最受关注的钛合金加工前沿技术，目前能够稳定批量生产宽幅超塑性钛合金板材的国家仅有美国和俄罗斯。TA15钛合金具有较好的加工性能，良好的综合力学性能以及工艺性能，与TC4钛合金相比，有着较高的强度和较好的焊接性能，主要应用于发动机的叶片、机匣，飞机机身的钣金件、梁、接头、大型壁板、焊接承力框等。近年来，随着超塑成形工艺的发展，TA15钛合金超塑性板材已经用于制备四层结构翼面、承力壁板等关键零部件。但是目前国内制备的细晶TA15钛合金板材的晶粒度以及各向异性控制水平还相对较差。这主要是由于超塑成形工艺的稳定性难以控制，导致超塑成形零部件的性能极不稳定，且成品率较低，极大限制了细晶钛合金板材的广泛应用。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种超大宽幅合金板材的制备方法，降低超塑成形温度，从而大大降低模具费用，减少零件过热风险，缩短加工周期，提高生产效率和生产质量。

为了达到上述发明目的，本发明采用的具体方案为：

一种超大宽幅合金板材的制备方法，制备方法包括以下步骤：以TA15钛合金板坯为原料，相变温度为990℃，化学成分(质量分数)为Al 6.66％、Mo1.66％、V 2.20％、Zr2.08％，余量为Ti，首先将板坯在2800mm四辊可逆热轧机上进行两火次热轧，得到厚度为20mm的半成品板坯，两火次的变形量分别为71％和69％，再对其中一部分半成品板坯进行β淬火，另一部分不作处理；然后对2种半成品板坯分别进行单向轧制和换向轧制，得到4mm厚半成品板坯，之后进行包覆叠轧，并经退火及表面处理后，得到尺寸为1.2mm×1200mm×2500mm的超大宽幅TA15钛合金板材。

进一步，由于钛合金在热变形时容易产生氧化层,影响试验结果,故拉伸试验前在试样表面涂覆玻璃润滑剂。

进一步，增加β淬火工艺后，板材的显微组织较为均匀，且晶粒尺寸较小，β淬火工艺包括2个主要过程,首先将板材加热至相变温度以上并保温，由于前序轧制火次中，板材积累了变形能，次生α相粗化及球化，发生静态再结晶，实现将板材未充分变形的组织在高温环境中均匀化的目的；之后将板材水冷，析出过饱和马氏体，在后续轧制工序中，马氏体在大变形量变形中断裂并球化，实现组织细化的目的。

进一步，采用换向轧制能够显著减小横向和纵向变形量的差距，使晶粒得到比较均匀的变形，改善板材因单方向变形量较大轧制形成的织构、加工流线等不利于均匀性的组织缺陷，组织均匀性高。

进一步，TA15钛合金板材在850-920℃、0.001～0.01s^-1的超塑性拉伸试验条件下，板材具有超塑性，而且在较低温度(850℃)或较高应变速率(0.01s^-1)条件下，板材依然有较好的超塑性能。