一种亚稳β钛合金板材及其加工方法技术

本发明专利技术涉及一种亚稳β钛合金板材及其加工方法，属于钛合金板材制备技术领域。本发明专利技术通过向合金中加入0.05～0.2wt.％的硼元素，使得合金铸锭可以省却开坯锻造过程，直接在相变温度以上进行轧制，同时经过单一火次和3～5道次轧制即可得到合金中间板材，然后在相变温度以上进行短时固溶处理，获得合金板材。本发明专利技术相比现有技术可显著缩短板材的加工流程，降低加工成本。

【技术实现步骤摘要】
一种亚稳β钛合金板材及其加工方法
本专利技术涉及一种亚稳β钛合金板材及其加工方法，属于钛合金板材制备
，该方法加工的亚稳β钛合金板材微观组织均匀，且该方法流程短，加工成本低，效率高。
技术介绍
亚稳β型钛合金是一类具有高强度、强耐蚀、加工性能优异的轻质结构材料，广泛应用于航空航天、舰船、武器装甲、化工、运动装备等领域，其中板材是该类合金最重要的产品，占所有产品的80％左右。对于亚稳β型钛合金板材而言，目前的生产方式主要为首先在β相区对铸锭进行多次墩拔的开坯锻造，然后在两相区进行多火次多道次的热轧，最后进行热处理以获得所需性能的板材。由于钛合金铸态组织中β晶粒异常粗大(最大可达厘米级别)，且无法通过热处理细化组织，使得合金铸锭在直接进行轧制时会出现开裂、轧后组织不均匀等缺陷，通常需要经过多次锻造以细化β晶粒。同时由于β晶粒在高温单相区容易长大而造成加工性能恶化、轧后组织不均匀，亚稳β型合金一般选择两相区进行轧制。但由于相变点较低(通常在900℃以下)，该类合金在两相区变形抗力较大、塑性不足，使得合金单一火次和单一道次变形量较低，通常需要经过多火次多道次的轧制才能得到所需要尺寸的板材。复杂的热变形工艺增加亚稳β型钛合金板材的加工成本，从而影响了合金板材的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种短流程加工的亚稳β钛合金板材及其加工方法。本专利技术的一种短流程加工的亚稳β钛合金板材，该钛合金板材成分中含有0.05～0.2wt％的硼元素，也就是说以该钛合金板材的总质量为100％计算，钛合金板材中硼元素的质量含量为0.05％-0.2％。本专利技术的一种亚稳β钛合金板材的制备方法，该方法的步骤包括：(1)熔炼铸锭将原材料通过分层布料或混料的方式进行混合，压制为电极，利用氩弧焊接将电极进行连接，利用真空自耗电弧熔炼炉进行2～3次熔炼，得到钛合金铸锭。(2)板材轧制将步骤(1)得到的钛合金铸锭进行扒皮，然后切取板坯。将板坯进行保温处理，然后利用热轧设备在一火次下经过3～5个道次轧制，得到中间板材。然后利用马弗炉对板材进行20min～1h的固溶处理，冷却方式为水淬(WQ)或者空冷(AC)，得到组织均匀的钛合金板材。所述的步骤(1)中的原材料包括制备亚稳β钛合金的原料和含硼中间合金或硼粉。所述含硼中间合金为AlTiB或FeB，其中AlTiB中Al元素的质量分数不超过10％，FeB中硼元素的质量分数不低于18％。当亚稳β钛合金成分中含有Fe元素时，优选FeB；当亚稳态β钛合金成分中含Al元素时，优选AlTiB；当亚稳β钛合金成分中既不含有Al元素也不含有Fe元素时，选择硼粉。所述的步骤(1)中钛合金铸锭中硼的质量分数为0.05～0.2wt.％(质量分数)。所述的步骤(2)中板坯的保温处理时间根据板坯厚度确定，具体为1.0～2.0min/mm；保温处理温度为Tβ～Tβ+100℃，Tβ为钛合金相变温度。所述的步骤(2)中轧制每道次变形量不低于10％，轧制总变形量不低于50％；固溶处理温度为Tβ～Tβ+50℃,Tβ为钛合金相变温度。有益效果与现有的技术相比，本专利技术具有以下的优势：目前通常的亚稳β型钛合金热轧板材的加工通常包括在高温下(1000～1200℃)对合金铸锭进行多次墩拔的开坯锻造，然后在低于相变点的温度下进行多火次多道次的热轧。而本专利技术通过向合金中加入0.05～0.2wt.％的硼元素，使得合金铸锭可以省却开坯锻造过程，直接在相变温度以上进行轧制，同时经过单一火次和3～5道次轧制即可得到合金中间板材，然后在相变温度以上进行短时固溶处理，获得合金板材。本专利技术相比现有技术可显著缩短板材的加工流程，降低加工成本。同时，相对传统工艺在相变点以下轧制，本专利技术的轧制温度和固溶处理温度在相变点以上，选择范围较宽，使得生产上易于操作。本专利技术通过向合金中添加微量的硼元素，在不影响其力学性能的前提下，有效缩短合金板材的加工流程。附图说明图1为制备亚稳态β型钛合金热轧板材的传统加工工艺流程；图2为本专利技术中制备亚稳态β型钛合金热轧板材的短流程加工工艺流程；比图1可知，本专利技术的工艺流程明显少于传统工艺，加工成本低，效率高。图3a为实施例1中总变形量为50％的直接轧制2A2F10B合金板材经850℃/1h/WQ固溶处理后纵截面的显微组织；图3b为实施例1中总变形量为50％的直接轧制2A2F合金板材经850℃/1h/WQ固溶处理后纵截面的显微组织；图4a为实施例2中总变形量为70％的直接轧制2A2F10B合金板材经850℃/1h/WQ固溶处理后纵截面的显微组织；图4b为实施例2中总变形量为70％的直接轧制2A2F合金板材经850℃/1h/WQ固溶处理后纵截面的显微组织；图5a为实施例3中总变形量为85％的直接轧制2A2F10B合金板材经850℃/1h/WQ固溶处理后纵截面的显微组织；图5b为实施例3中总变形量为85％的直接轧制2A2F合金板材经850℃/1h/WQ固溶处理后纵截面的显微组织。具体实施方式以下通过实施例和附图阐述本专利技术具体实施方式。实施例1S1.合金铸锭熔炼：按照Ti-2(wt.％)Al-9.2(wt.％)Mo-2(wt.％)Fe-0.1(wt.％)B合金(2A2F10B)成分要求，取相应重量的AlMo55、MoFe50、FeB20、Ti-32Mo中间合金和0级海绵钛，利用分层布料的方式压制电极，然后利用真空自耗电弧熔炼设备进行两次熔炼得到32Kg的合金铸锭，以确保成分均匀。然后将铸锭表面扒皮，并利用化学法测试铸锭化学成分(表1)。通过淬火金相法测定其相变点为815±5℃。表12A2F10B合金铸锭化学成分(质量含量)AlMoFeBTi2.039.322.090.096余量S2.板材轧制：从步骤S1得到的铸锭上取115mm(长)×80mm(宽)×20mm(厚)的轧制板坯。将板坯在900℃的加热炉中保温20min，然后送入热轧机中进行4道次单向热轧，各道次变形量分别为20％、10％、10％、10％，空冷至室温后进行表面喷砂处理得到厚度为10mm的热轧中间板材，板材边缘光滑无裂纹。将中间板材在850℃下进行30min固溶处理，并水淬，得到合金板材。观察板材纵截面显微组织，并与相同工艺下制备的Ti-2(wt.％)Al-9.2(wt.％)Mo-2(wt.％)Fe合金(2A2F)板材组织进行对比，如附图3a和附图3b所示可知，采用本专利技术方法得到的板材组织明显更为均匀。实施例2S1.合金铸锭熔炼：按照Ti-2(wt％)Al-9.2(wt％)Mo-2(wt％)Fe-0.1(wt％)B合金成分要求，取相应重量的AlMo55、MoFe50、FeB20、Ti-32Mo中间合金和0级海绵钛，利用分层布料的方式压制电极，然后利用真空自耗电弧熔炼设备进行两次熔炼得到32Kg的合金扁形铸锭，以确保成分均匀。然后将铸锭表面扒皮，并利用化学法测试铸锭化学成分(表2)。通过淬火金相法测定其相变点为815±5℃。表22A2F10B合金铸锭化学成分(质量含量)AlMoFeBTi2.129.262.040.098余量S2.板材轧制：从步骤S1所示的铸锭上取115mm(长)×80mm(宽)×20mm(厚)的轧制板坯。将板坯在900℃的加热炉中保温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种短流程加工的亚稳β钛合金板材，其特征在于：该钛合金板材成分中含有0.05～0.2wt％的硼元素。

【技术特征摘要】
1.一种短流程加工的亚稳β钛合金板材，其特征在于：该钛合金板材成分中含有0.05～0.2wt％的硼元素。2.根据权利要求1所述的一种亚稳β钛合金板材的短流程制备加工方法，其特征在于该方法的步骤包括：(1)将原材料进行混合，压制为电极，并将电极进行连接，然后进行2～3次熔炼，得到钛合金铸锭；(2)将步骤(1)得到的钛合金铸锭进行扒皮，然后切取板坯，将板坯进行保温处理，然后利用热轧设备在一火次下经过3～5个道次轧制，得到中间板材，然后对板材进行固溶处理，得到钛合金板材。3.根据权利要求2所述的一种亚稳β钛合金板材的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中固溶处理时间为20min～1h。4.根据权利要求2所述的一种亚稳β钛合金板材的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中固溶处理中冷却方式为水淬或者空冷。5.根据权利要求2所述的一种亚稳β钛合金板材的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的原材料包括制备亚稳β钛合金的原料和含硼中间合金或硼粉。6.根据权利要求5所述的一种亚稳β钛合金板材的制备方法，其特征在于：所述含硼中间合金为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈荣，谭成文，聂志华，于晓东，惠松骁，叶文君，肖俊峰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11