一种高强度TC6钛合金薄板的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高强度TC6钛合金薄板的制备方法，通过锻前加热后，对TC6钛合金坯料进行反复镦粗、拔长以及多道次轧制，再对锻造后的坯料进行固溶处理以及双级时效处理，最后对热处理后的坯料进行深冷处理；通过多向锻造、多道次轧制、优化热处理以及增加的深冷处理相结合的加工方式，并利用人工控制和自动化控制加工的工艺参数，最大限度的降低TC6钛合金薄板锻造过程中的内部组织缺陷，增加了材料内部的位错密度，使各方向的组织和力学性能均得到提高，与传统工艺相比，变形充分，各向力学性能均匀，并具有较高的可靠性和稳定性，满足TC6钛合金在航空航天领域的应用。

Preparation of a high strength TC6 titanium alloy sheet

The invention provides a preparation method of high strength TC6 titanium alloy sheet. After heating before forging, the billet of TC6 titanium alloy is repeatedly upsetted, drawn and rolled for many times, and then the forged billet is treated by solid solution treatment and two-stage aging treatment. Finally, the billet after heat treatment is cryogenically treated through multi-direction. The combination of forging, multi-pass rolling, optimized heat treatment and additional cryogenic treatment, and the use of manual control and automatic control of processing parameters, can minimize the internal defects of TC6 titanium alloy sheet during forging, increase the dislocation density in the material, and make the microstructure in all directions. Compared with the traditional process, the deformation is sufficient, the mechanical properties in all directions are uniform, and the reliability and stability of TC6 titanium alloy are high, which meets the application in aerospace field.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度TC6钛合金薄板的制备方法
本专利技术涉及一种钛合金薄板的制备方法，特别是一种高强度TC6钛合金薄板的制备方法。
技术介绍
由于具有比强度高、耐腐蚀性好以及抗冲击韧性强等优点，TC6钛合金薄板广泛被用于制造航空航天领域壁板、板筋以及蒙皮等关键零部件。由于锻件的壁厚较薄，并且各个方向都要求具有较高的力学性能，为钛合金薄板的成型增加了难度；另外，这些零部件长期在高温和热力交变载荷条件下工作，容易引发疲劳断裂、外物损伤等故障，造成重大损失。从现有的加工技术来看，通过退火、固溶和时效处理等热处理工艺以及加工变形可以在一定程度上提高材料的力学特性，获得较好的综合性能。例如，申请号为200810150913.6的专利技术专利提出了一种Ti53311S钛合金的热处理方法，该专利技术特别适合改善近α型Ti53311S钛合金550℃高温力学性能的热处理方法，所述热处理过程中钛合金的热加工累计变形量大于95％，成品锻造温度控制在ɑ+β两相区间内，终锻温度大于900℃；又如，申请号为201610673849.4的专利技术专利提出了一种TC20钛合金细晶棒材的制备方法，通过控制变形方式、加热温度、道次变形量以及单火次累计变形量等可以获得比常规轧制工艺生产的棒材的横向组织更细小均匀。但是，该方法没有综合考虑钛合金材料各个方向的组织和性能，同时没有考虑在热处理以及加工变形过程中引入的热应力、组织不良等缺陷问题。因此，无法保证航空钛合金在复杂工况下的服役要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种高强度TC6钛合金薄板的制备方法，通过该方法处理的TC6钛合金材料不仅具有高强韧性能，而且突破了传统的热处理工艺。本专利技术所采取的技术方案如下：一种高强度TC6钛合金薄板的制备方法，包括以下步骤：第一步：下料：将TC6钛合金棒料切割至要求尺寸；第二步：第一次锻前加热：将第一步中准备的TC6钛合金棒料室温装炉，加温至1020℃，保温1～2h；第三步：第一次锻造：在830～850℃的温度范围内，将第二步所得的坯料沿Z轴进行第一次镦粗成圆盘，然后将第一次镦粗后的坯料沿X轴进行拔长并倒棱形成长方形坯料，再对长方形的坯料沿X轴进行镦粗形成正方形坯料，并对正方形坯料沿Z轴进行拔长形成长方形坯料；第四步：第二次锻前加热：将第三步得到的TC6钛合金坯料重新装炉，加温至1050℃，保温1～2h；第五步：第二次锻造：在850～900℃的温度范围内，将第四步所得的坯料沿Z轴进行第二次镦粗成正方形，然后将第二次镦粗后的坯料沿X轴进行拔长形成长方形坯料；第六步：多道次轧制：将第五步得到的对长方形坯料在相变点以下50℃，进行多道次轧制至要求的厚度尺寸；第七步：表面处理：将第六步多道次轧制后得到的锻件坯料空冷至室温，然后去除锻件表面的锻造缺陷以及氧化层；第八步：热处理：将第七步锻造后的坯料进行固溶处理，然后进行双级时效处理；第九步：深冷处理：将第八步得到的TC6钛合金以2℃/min的降温速率使温度下降至-130℃，然后保温1～3h，保温后以5℃/min的降温速率使温度下降至-196℃，然后保温4～8h，保温结束后，以15℃/min的升温速率使温度上升到室温。进一步地，所述第六步中轧制过程中总变形量为75％～85％，其中每道次的变形量为15％～25％。进一步地，所述第八步固溶处理的温度为920℃，固溶保温时间为3h，然后进行室温水冷。进一步地，所述第八步双级时效具体为：一级时效温度为800℃，保温时间为2h；二级时效的温度为550℃，时效保温时间6h后，最后以180℃/h的速率炉冷至室温。进一步地，所述第九步重复进行2～3次。本专利技术提供一种高强度TC6钛合金薄板的制备方法，通过多向锻造、优化热处理以及增加的深冷处理相结合的加工方式，并利用人工控制和自动化控制加工的工艺参数，最大限度的降低TC6钛合金薄板锻造过程中的的内部组织缺陷，增加了材料内部的位错密度，使各方向的组织和力学性能均得到提高，与传统工艺相比，变形充分，各向力学性能均匀，并具有较高的可靠性和稳定性，满足TC6钛合金在航空航天领域的应用。本专利技术的有益效果如下：本专利技术通过锻前加热后，对TC6钛合金坯料进行反复镦粗、拔长以及多道次轧制，再对锻造后的坯料进行固溶处理以及双级时效处理，并利用人工控制和自动化控制加工的工艺参数，最大限度的降低TC6钛合金薄板锻造过程中的的内部组织缺陷，增加了材料内部的位错密度，使各方向的组织和力学性能均得到提高，与传统工艺相比，变形充分，各向力学性能均匀，并具有较高的可靠性和稳定性，满足TC6钛合金在航空航天领域的应用。附图说明图1为本专利技术实施例1加工后的TC6钛合金薄板在轧制方向上的微观组织图。图2为本专利技术实施例1加工后的TC6钛合金薄板在轧制垂直方向上的微观组织图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。实施例1本实施例的高强度TC6钛合金薄板的制备方法，包括以下步骤：第一步：下料：将TC6钛合金棒料切割至要求尺寸；第二步：第一次锻前加热：将第一步中准备的TC6钛合金棒料室温装炉，加温至1020℃，保温2h；第三步：第一次锻造：在830℃的温度下，将第二步所得的坯料沿Z轴进行第一次镦粗成圆盘，然后将第一次镦粗后的坯料沿X轴进行拔长并倒棱形成长方形坯料，再对长方形的坯料沿X轴进行镦粗形成正方形坯料，并对正方形坯料沿Z轴进行拔长形成长方形坯料；第四步：第二次锻前加热：将第三步得到的TC6钛合金坯料重新装炉，加温至1050℃，保温2h；第五步：第二次锻造：在850℃的温度下，将第四步所得的坯料沿Z轴进行第二次镦粗成正方形，然后将第二次镦粗后的坯料沿X轴进行拔长形成长方形坯料；第六步：多道次轧制：将第五步得到的对长方形坯料在960℃下进行多道次轧制至5mm的厚度，轧制过程的总变形量为85％，其中每道次的变形量为15％；第七步：表面处理：将第六步多道次轧制后得到的的锻件坯料空冷至室温，然后去除锻件表面的锻造缺陷以及氧化层；第八步：热处理：将第七步锻造后的坯料进行固溶处理，固溶处理的温度为920℃，固溶保温时间为3h，然后进行室温水冷，固溶处理后进行双级时效处理，一级时效温度为800℃，保温时间为2h，二级时效的温度为550℃，时效保温时间6h后，最后以180℃/h的速率炉冷至室温；第九步：深冷处理：将第八步得到的TC6钛合金以2℃/min的降温速率使温度下降至-130℃，然后保温2h，保温后以5℃/min的降温速率使温度下降至-196℃，然后保温6h，保温结束后，以15℃/min的升温速率使温度上升到室温，最后对第八步的深冷处理工艺重复进行3次。图1、图2所示，是本专利技术实施例1加工后，TC6钛合金薄板轧制方向以及其垂直方向的微观组织图，可以看出TC6钛合金薄板各个方向的晶粒尺寸均匀。与此同时，对专利技术实施例1加工后的TC6钛合金薄板的轧制方向以及其垂直方向分别取样进行力学性能测试，其结果如下表所示：由以上实验数据可以看出，经本专利技术实施例1加工的TC6钛合金薄板各向抗拉强度都可以达到1000MPa，延伸率在11.0％以上，显微硬度可以达到330HV以上，而原始TC6钛合金材料的最大抗拉强度，延伸率以及显微硬度分别为932MPa，10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度TC6钛合金薄板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：下料：将TC6钛合金棒料切割至要求尺寸；第二步：第一次锻前加热：将第一步中准备的TC6钛合金棒料室温装炉，加温至1020℃，保温1～2h；第三步：第一次锻造：在830～850℃的温度范围内，将第二步所得的坯料沿Z轴进行第一次镦粗成圆盘，然后将第一次镦粗后的坯料沿X轴进行拔长并倒棱形成长方形坯料，再对长方形的坯料沿X轴进行镦粗形成正方形坯料，并对正方形坯料沿Z轴进行拔长形成长方形坯料；第四步：第二次锻前加热：将第三步得到的TC6钛合金坯料重新装炉，加温至1050℃，保温1～2h；第五步：第二次锻造：在850～900℃的温度范围内，将第四步所得的坯料沿Z轴进行第二次镦粗成正方形，然后将第二次镦粗后的坯料沿X轴进行拔长形成长方形坯料；第六步：多道次轧制：将第五步得到的长方形坯料在相变点以下50℃进行多道次轧制至要求的厚度尺寸；第七步：表面处理：将第六步多道次轧制后得到的锻件坯料空冷至室温，然后去除锻件表面的锻造缺陷以及氧化层；第八步：热处理：将第七步锻造后的坯料进行固溶处理，然后进行双级时效处理；第九步：深冷处理：将第八步得到的TC6钛合金以2℃/min的降温速率使温度下降至‑130℃，然后保温1～3h，保温后以5℃/min的降温速率使温度下降至‑196℃，然后保温4～8h，保温结束后，以15℃/min的升温速率使温度上升到室温。...

【技术特征摘要】
1.一种高强度TC6钛合金薄板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：下料：将TC6钛合金棒料切割至要求尺寸；第二步：第一次锻前加热：将第一步中准备的TC6钛合金棒料室温装炉，加温至1020℃，保温1～2h；第三步：第一次锻造：在830～850℃的温度范围内，将第二步所得的坯料沿Z轴进行第一次镦粗成圆盘，然后将第一次镦粗后的坯料沿X轴进行拔长并倒棱形成长方形坯料，再对长方形的坯料沿X轴进行镦粗形成正方形坯料，并对正方形坯料沿Z轴进行拔长形成长方形坯料；第四步：第二次锻前加热：将第三步得到的TC6钛合金坯料重新装炉，加温至1050℃，保温1～2h；第五步：第二次锻造：在850～900℃的温度范围内，将第四步所得的坯料沿Z轴进行第二次镦粗成正方形，然后将第二次镦粗后的坯料沿X轴进行拔长形成长方形坯料；第六步：多道次轧制：将第五步得到的长方形坯料在相变点以下50℃进行多道次轧制至要求的厚度尺寸；第七步：表面处理：将第六步多道次轧制后得到的锻件坯料空冷至室温，然后去除锻件表面的锻造缺陷以及氧化层；第八步：...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建忠，李京，冯爱新，孙云辉，徐高峰，徐洋洋，孙昀杰，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32