一种TC4钛合金超细晶薄板的制备方法与流程

本发明涉及钛合金材料加工，具体涉及一种tc4钛合金超细晶薄板的制备方法。

背景技术：

1、tc4(ti-6al-4v)合金具有高强度、高韧性、抗疲劳且易加工成形等综合性能，是结构钛合金中用量最大的牌号。超细晶tc4合金超塑性性能优异，广泛应用于飞机舱门、机身隔框、风扇叶片、整流罩等复杂薄壁零件的生产。与常规方法相比，超塑性成形/扩散焊接技术(spf/db)可使结构减重～30％，制造成本降低40％～50％，具有显著经济效益与重大战略意义。研究发现，热机械加工(tmp)是工业化制备超细晶的有效方法。尤其是两相区tmp工艺，将形变与相变有机结合，使钛合金同时发生β→α相变及动态再结晶，细化效果显著。研究表明，细片层组织最有利于晶粒细化，细化过程中发生α相的非匀质形核与非连续动态再结晶。两相区高温变形有利于片层α相充分再结晶，而低温变形可有效抑制晶粒长大。

2、现有技术cn106399886b公布了一种tc4合金超细晶制备方法，通过一次包覆轧制可制备出晶粒尺寸3～5μm的超细晶组织。cn103934301a公布了一种通过冷轧制备tc4钛合超细晶的生产工艺，其晶粒尺寸不大于8μm。cn105112832公布了一种通过非对称轧制方法制备tc4合金超细晶的方法，其平均晶粒尺寸

3、～0.5μm，然而该方法尚停留在实验室阶段，不适用于工业化生产。cn103978032公布了一种ta15合金超细晶制备方法，经过一次包覆轧制可获得平均晶粒尺寸小于5μm的细晶组织。us7708845b2公布了一种ti-6al-4v超细晶板材制备方法，其可获得平均晶粒尺寸～1μm的超细晶组织，然而该方法轧制温度低至700℃，生产过程易导致板材开裂，成品率下降。综上可以发现，现有技术很难工业化制备出晶粒尺寸<3um的超细晶tc4板材。

4、鉴于此，有必要提供一种新的工艺解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种tc4钛合金超细晶薄板的制备方法，可获得最小平均晶粒尺寸～1.6μm的超细晶薄板，板材室温力学性能优异，横纵向强度差异小于<50mpa，且高温力学性能满足相关标准要求。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种tc4钛合金超细晶薄板的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤s1，将厚度100～200mm的钛合金板在温度为1050～1150℃的加热炉中保温170～180min，随后进行开坯轧制，轧制变形量60～87％，得到16～30mm厚的热轧板坯；

5、具体的，开坯轧制温度可以为1050℃、1080℃、1100℃、1120℃或1150℃，也可以为该范围内的其他值；保温时间可以为170min、175min或180min，也可以为该范围内的其他值；轧制变形量可以为60％、65％、70％、75％、85％或87％，也可以为该范围内的其他值。

6、步骤s2，将步骤s1所得板坯在温度为900～980℃的加热炉中保温30～60min，进行高温两相区轧制，轧制变形量35～70％，得到8～15mm厚的板坯；

7、具体的，高温两相区轧制温度可以为900℃、920℃、950℃或980℃，也可以为该范围内的其他值；保温时间可以为30min、40min、50min或60min，也可以为该范围内的其他值；轧制变形量可以为40％、50％、60％或70％，也可以为该范围内的其他值。

8、步骤s3，将步骤s2所得坯料在温度为1020～1060℃的加热炉中保温10～30min，并进行β淬火处理，冷却方式为水冷；

9、具体的，β淬火处理温度可以为1020℃、1030℃、1040℃、1050℃或1060℃，也可以为该范围内的其他值；保温时间可以为10min、20min或30min，也可以为该范围内的其他值。

10、步骤s4，将步骤s3所得坯料在温度为740～850℃的加热炉中保温60～100min，随后进行第一次包覆轧制，轧制变形量50～80％，得到2～8mm厚的热轧板；

11、具体的，第一次包覆轧制的轧制温度可以为740℃、760℃、780℃、800℃、820℃或850℃，也可以为该范围内的其他值；保温时间可以为60min、70min、80min、90min或100min，也可以为该范围内的其他值；轧制变形量可以为50％、60％、70％或80％，也可以为该范围内的其他值。

12、步骤s5，将步骤s4所得坯料在温度740～850℃的加热炉中保温60～100min，进行第二次包覆轧制，轧制变形量50～80％，得到0.6～3mm厚的热轧板；

13、具体的，第二次包覆轧制的轧制温度可以为740℃、760℃、780℃、800℃、820℃或850℃，也可以为该范围内的其他值；保温时间可以为60min、70min、80min、90min或100min，也可以为该范围内的其他值；轧制变形量可以为50％、60％、70％或80％，也可以为该范围内的其他值。

14、步骤s6，对步骤s5所得坯料进行退火处理，退火温度720～810℃，最后进行蠕变校形、酸洗和表面砂光，获得超细晶成品薄板。

15、具体的，退火温度可以为720℃、750℃、780℃或810℃，也可以为该范围内的其他值；保温时间可以为2h、3h或4h。

16、进一步地，第二次包覆轧制的温度低于第一次包覆轧制的温度。

17、进一步地，第一次包覆轧制和第二次包覆轧制为换向轧制。

18、进一步地，两次包覆轧制的总变形量为65-87％。具体的，两次包覆轧制的总变形可以为65％、68％、70％、75％、80％、85％或87％，也可以为该范围内的其他值。

19、进一步地，超细晶成品薄板的平均晶粒尺寸小于2μm。

20、相较于现有技术，本发明提供的tc4钛合金超细晶薄板的制备方法，有益效果在于：

21、本发明提供的tc4钛合金超细晶薄板的制备方法，经过两相区低温轧制技术与两次包覆轧制工艺，可制备厚度0.6～3mm的tc4超细晶薄板，其平均晶粒尺寸为～2μm，合金力学性能优异，其退火态室温抗拉强度不低于940mpa，屈服强度不低于902mpa，断面收缩率不低于12％，满足低温超塑成形对超细晶tc4合金板材的需求，应用前景广泛。

技术特征：

1.一种tc4钛合金超细晶薄板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的tc4钛合金超细晶薄板的制备方法，其特征在于，第二次包覆轧制的温度低于第一次包覆轧制的温度。

3.根据权利要求1所述的tc4钛合金超细晶薄板的制备方法，其特征在于，第一次包覆轧制和第二次包覆轧制为换向轧制。

4.根据权利要求1所述的tc4钛合金超细晶薄板的制备方法，其特征在于，两次包覆轧制的总变形量为65-87％。

5.根据权利要求1-4任一项所述的tc4钛合金超细晶薄板的制备方法，其特征在于，超细晶成品薄板的平均晶粒尺寸小于2μm。

技术总结
本发明公开了一种TC4钛合金超细晶薄板的制备方法，包括如下步骤：将厚度为100～200mm的锻造坯料在单相区进行大变形开坯轧制，轧制温度1050～1150℃，形变量60～87％，得到厚度16～30mm的热轧板坯；随后将热轧板坯在两相区高温区(900～980℃)进行热轧，热轧变形量40～70％，得到厚度8～15mm的热轧板坯；进一步对板坯进行β单相区淬火处理，得到针状α’马氏体组织；对淬火板材在两相区进行两次包覆轧制，轧制温度740～850℃，单次包覆轧制变形量不低于50％；最后对包覆轧制板材进行不同温度下的退火处理，退火温度为720～810℃，保温时间2～4小时。本发明的TC4钛合金超细晶薄板的制备方法，可获得最小平均晶粒尺寸～1.6μm的超细晶薄板，板材室温力学性能优异，横纵向强度差异小于<50MPa。

技术研发人员：朱文光,蒲超博,郭金榜,王勤波,茹汇鑫,李瑞,王小翔,王俭,王新,高飞,苗阳
受保护的技术使用者：宝鸡钛业股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/29