一种削弱TC4钛合金板材各向异性的轧制方法技术

本发明专利技术公开一种削弱TC4钛合金板材各向异性的轧制方法，属于塑性成形领域。本发明专利技术通过多次换向轧制与热处理相结合的方法，一方面减轻或削弱TC4钛合金板材的各向异性，提高组织性能均匀性，获得高品质TC4钛合金板材；另一方面缩短工艺流程、降低能耗、降低制造成本，最终获得高品质、低成本的TC4钛合金板材，以扩大TC4钛合金板材的应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种削弱TC4钛合金板材各向异性的轧制方法
本专利技术涉及一种削弱TC4钛合金板材各向异性的轧制方法，属于塑性成形领域。
技术介绍
轧制成形技术即借助旋转轧辊的摩擦力将轧件拖入轧辊间，同时依靠轧辊施加的压力使轧件在轧辊间发生压缩变形的一种材料加工方法。轧件通过轧制后，不仅使轧件的形状、尺寸变化而且轧件的组织与性能也得到改善和提高，主要用来生产型材、板材、管材。TC4钛合金是一种典型的“α+β”型两相钛合金，其名义成分是Ti-6Al-4V，α/β相转变温度为980℃，少量的Al（α稳定元素）能够提高合金的强度和耐热性，对合金的塑性无明显影响，少量的V（β稳定元素）可起到细化晶粒和提高塑性成形能力的作用。TC4钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀性好、无磁性、生物相容性好等优异的性能，作为一种重要的结构材料在航空、航天、化工、舰船、汽车、兵器、体育、医疗等领域得到了广泛应用。TC4钛合金板材轧制有热轧、冷轧两种，由于其α+β两相结构导致轧制出的板材各向异性较强，边部开裂较严重，导致成品率低下、产品成本较高。而TC4钛合金轧制板材的原材料基本都是真空自耗电弧熔炼炉经过3～4道次熔炼得到的圆锭，然后再经过锻造开坯为方锭或者扁锭，最后再经过冷轧或热轧得到板材，生产工艺流程长、工序多、能耗大，导致最终板材成本较高，而限制其广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种削弱TC4钛合金板材各向异性的轧制方法，包括以下步骤：（1）将TC4钛合金长方体坯料加热至相变点温度（相变点980℃）以上10～70℃并保温20~30min；（2）利用四辊可逆式轧机先进行一火轧制，首先沿着长度方向轧制第一道次，之后将坯料沿着长度方向旋转90°进行宽度和厚度换向并逆向轧制第二道次，重复该过程1～2次，然后再将坯料横向旋转90°进行长度和厚度方向换向的反复热轧；（3）当温度降低至882℃以下时，将步骤（2）所得坯料送至感应加热炉内加热至910～940℃，并保温5~10min，然后进行轧制，初轧方向垂直于上一次的轧制方向，之后长厚换向轧制1～2次，然后再单向热轧2～4道次至4～7mm厚的板材，终轧温度820～850℃。（4）将终轧后TC4钛合金板材在再结晶温度以上20～60℃退火，随炉冷却至室温，得到TC4钛合金板材。优选的，本专利技术步骤（2）中轧制速度为1.1～1.4m/s，宽度和厚度换向轧制4～6道次，每道次变形量8～15%，长度和厚度方向换向轧制3～5道次，每道次变形量17～24%，累积变形量为67～73%。优选的，本专利技术步骤（3）中二火轧制过程中：每道次变形量18～22%，累积变形量为65～75%。优选的，本专利技术TC4钛合金板材总变形量为88～94%。优选的，本专利技术所述步骤（4）中退火温度为770～810℃，退火时间1h，随炉冷却至590℃后空冷。优选的，本专利技术采用电子束冷床熔炼炉（EB炉）熔炼获得的坯料，直接轧制成形为板料。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术通过多次换向轧制方法，一方面减轻或削弱TC4钛合金板材的各向异性，提高组织性能均匀性，获得高品质TC4钛合金板材；另一方面缩短工艺流程、降低能耗、降低制造成本，最终获得高品质、低成本的TC4钛合金板材，以扩大TC4钛合金板材的应用领域。（2）本专利技术采用电子束冷床熔炼炉（EB炉）熔炼获得的坯料，直接轧制成形为板料，避免传统真空自耗电弧熔炼（VAR）3～4道次获得的坯料经过锻造开坯后再轧制的工艺，极大缩短工艺流程和制造成本。（3）本专利技术所述加热保温方式为箱式电阻炉加热；一火轧制温度前将坯料加热至相变点温度以上10～70℃（相变点980℃）保温20～30min，保证坯料的受热均匀和后续轧制顺利进行。二火轧制前在炉中加热至910～940℃，保温5～10min，保证了坯料在轧制过程中处于两相区，变形抗力较小。通过两火轧制，坯料经充分变形，晶粒的破碎程度较好，板材的表面质量也很好。同时，经过两火轧制，再结晶温度以上的退火，有利于等轴组织的形成。（4）本专利技术通过多次交叉换向轧制，使晶粒充分破碎，得到的钛合金板材各向异性较小，解决了传统轧制板材的各向异性问题；由该工艺制得的TC4钛合金板材相比传统方法制得的钛合金板材具有更好的抗拉强度和塑性，等轴微观组织明显。附图说明图1是本专利技术工艺流程示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1一种削弱TC4钛合金板材各向异性的轧制方法，成形工艺如图1所示，具体步骤如下：（1）本实施例材料为Ti-6Al-4V（TC4）钛合金，测量TC4钛合金的相变点，采用差示扫描量热法（DSC）测量该合金相变点温度为980℃。（2）将长方体TC4钛合金铸锭加热至1020℃，保温20min。（3）将加热后的长方体铸锭进行两火热轧，第一火轧制工艺为：轧制速率为1.4m/s，累计轧制道次为10次，累积变形量约为72%；首先沿着长度方向轧制第一道次，之后将坯料沿着长度方向旋转90°并逆向轧制第二道次，即宽度和厚度换向，如图1的①所示，重复该过程2次，总共轧制6道次，宽厚换向每道次变形量在10%左右；然后将坯料进行长度和厚度方向反复换向的热轧如图1的②所示，共计轧制4道次，每道次变形量在20～22%之间。（4）将热轧10道次后的板材回炉加热至910℃，保温5min，然后再进行轧制，轧制方向垂直于上一次的轧制方向，之后长厚换向轧制1次，然后再单向热轧3道次至6mm厚的板材，共计轧制5道次，每道次变形量在18～20%，二火轧制的总变形量约为65%，终轧温度820℃；通过二火轧制，可明显去除上一火残留加工流线与织构，改善了TC4板材后续加工性，并使得TC4板材晶粒破碎充分，细化了组织。（5）板材轧制后在770℃下退火1h，随炉冷却至590℃后空冷，改善了合金的组织，消除了轧制过程中产生的应力，进而改善TC4板材的综合性能。本实施例制备得到的TC4钛合金板材，总变形量为90%，表现出良好的综合力学性能，将板材沿最后轧制的方向（RD）、横向(TD)和斜45°方向取拉伸试样，测得的力学性能如表1所示。表1轧制变形后TC4钛合金板材的力学性能。实施例2一种削弱TC4钛合金板材各向异性的轧制方法，成形工艺如图1所示，具体步骤如下：（1）本实施例材料为Ti-6Al-4V（TC4）钛合金，测量TC4钛合金的相变点，采用差示扫描量热法（DSC）测量该合金相变点温度为980℃。（2）将长方体TC4钛合金铸锭加热至990℃，保温30min。（3）将加热后的长方体铸锭进行两火热轧，第一火轧制工艺为：轧制速率为1.25m/s，累计轧制道次为9次，累积变形量约为73%；首先沿着长度方向轧制第一道次，之后将坯料沿着长度方向旋转90°并逆向轧制第二道次（即宽度和厚度换向），重复该过程1次，共计轧4道次，宽厚换向变形量在15%左右；然后将坯料进行长度和厚度方向反复换向的热轧，共计轧制5道次，每道次变形量在18～20%之间。（4）将热轧9道次后的板材回炉加热至925℃，保温10min，然后再进行轧制，初轧方向垂直于上一次的轧制方向，之后长厚换向轧制1次，然后再单向热轧4道次至4mm厚的板材，共计轧制6道次，每道次变形量在20～21%之间，二火轧制的总变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种削弱TC4钛合金板材各向异性的轧制方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将TC4钛合金长方体坯料加热至相变点温度以上10～70℃并保温20～30min；（2）利用四辊可逆式轧机先进行一火轧制，首先沿着长度方向轧制第一道次，之后将坯料沿着长度方向旋转90°进行宽度和厚度换向并逆向轧制第二道次，重复该过程1～2次，然后再将坯料横向旋转90°进行长度和厚度方向换向的反复热轧；（3）当温度降低至882℃以下时，将步骤（2）所得坯料送至感应加热炉内加热至910～940℃，并保温5~10min，然后进行轧制，初轧方向垂直于上一次的轧制方向，之后长厚换向轧制1～2道次，然后再单向热轧2～4道次至4～7mm厚的板材，终轧温度820～850℃；（4）将终轧后TC4钛合金板材在再结晶温度以上20～60℃退火，随炉冷却至室温，得到TC4钛合金板材。

【技术特征摘要】
1.一种削弱TC4钛合金板材各向异性的轧制方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将TC4钛合金长方体坯料加热至相变点温度以上10～70℃并保温20～30min；（2）利用四辊可逆式轧机先进行一火轧制，首先沿着长度方向轧制第一道次，之后将坯料沿着长度方向旋转90°进行宽度和厚度换向并逆向轧制第二道次，重复该过程1～2次，然后再将坯料横向旋转90°进行长度和厚度方向换向的反复热轧；（3）当温度降低至882℃以下时，将步骤（2）所得坯料送至感应加热炉内加热至910～940℃，并保温5~10min，然后进行轧制，初轧方向垂直于上一次的轧制方向，之后长厚换向轧制1～2道次，然后再单向热轧2～4道次至4～7mm厚的板材，终轧温度820～850℃；（4）将终轧后TC4钛合金板材在再结晶温度以上20～60℃退火，随炉冷却至室温，得到TC4钛合金板材。2.根据权利要求1所述削弱TC4钛合金板材各向异性的...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖寒，赵帅，谭聪，黄海广，周荣锋，蒋业华，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53