一种低成本防爆轰钛合金板的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低成本防爆轰钛合金板的制备方法，该方法包括：一、对目标产物钛合金板的成分进行设计；二、选取准备对应元素的原料；三、制备电极并经两次真空自耗熔炼得到钛合金铸锭，然后切削进行开坯锻造得到板坯；四、板坯经多火次轧制得到钛合金板；五、热处理；六、经表面处理得到防爆轰钛合金板。本发明专利技术根据合金化原理设计得到少组元、低合金元素含量的防爆轰钛合金板，降低了成分成本，起到减轻面密度和强化作用，在保证防爆轰钛合金板强度的前提下，提高其韧性和塑性，使得防爆轰钛合金板在冲击波的攻击下达到产生均匀塑性流变，吸收更多能量的效果，有效抗击爆炸带来的冲击波，提高了防爆轰钛合金板的防爆轰性能。提高了防爆轰钛合金板的防爆轰性能。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本防爆轰钛合金板的制备方法


[0001]本专利技术属于钛合金型材制备
，具体涉及一种低成本防爆轰钛合金板的制备方法。

技术介绍

[0002]钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性能与耐高温性能优良等特点，被广泛应用于航空航天、化工、医疗、兵器等领域，是一种重要的结构材料。目前钛合金的制备主要针对成分设计、加工制备及热处理工艺，并未涉及到材料在特殊使用环境中受到的撞击、爆炸等。用钛合金制造防爆轰板，对增强作战能力具有重要意义。随着科技的进步，现代高性能防爆轰材料已经向多功能、高性能、质轻、低成本、安全性等方向发展。通过对防爆轰板的材料组成成分、结构的设计、生产工艺的选择，再在实验基础上进行理论设计和性能检测，最终实现综合性能优化，满足功能性与经济性要求。
[0003]当爆炸发生后，爆炸冲击波的过程仅在微秒级之内，巨大的冲击动能使材料容易产生变形与开裂，要求防爆轰板要能抵御冲击波的攻击，通过受冲击后的大变形及载荷传递的递增型和延时性来降低冲击载荷的峰值效应。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种低成本防爆轰钛合金板的制备方法。该方法根据合金化原理设计得到少组元、低合金元素含量的防爆轰钛合金板，降低了成分成本，起到减轻面密度和强化作用，在保证防爆轰钛合金板强度的前提下，提高其韧性和塑性，使得防爆轰钛合金板在冲击波的攻击下达到产生均匀塑性流变，吸收更多能量的效果，有效抗击爆炸带来的冲击波，减缓爆炸危害，提高了防爆轰钛合金板的防爆轰性能。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种低成本防爆轰钛合金板的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0006]步骤一、成分设计：对目标产物钛合金板的成分进行设计，得到该钛合金板的质量含量成分组成：铝2.5％～5％，钒2％～4％，铁0.5％～1.5％，硅0.1％～0.5％，氧小于等于0.25％，其他杂质元素的总质量含量小于0.3％且任一杂质元素的质量含量均小于0.1％，其余为钛；
[0007]步骤二、配料：根据步骤一中得到的钛合金板的质量含量成分组成，选取准备对应元素的原料；所述钛元素对应的原料中含有钛及钛合金边角料或/和钛及钛合金残料；
[0008]步骤三、熔炼及开坯锻造：将步骤二中选取的对应元素的原料制备成电极后放置于真空自耗炉中，经两次真空自耗熔炼得到钛合金铸锭，将钛合金铸锭经车床切削去除表面皮和冒口，然后在α相至β相的相转变温度以上加热进行开坯锻造，得到板坯；
[0009]步骤四、轧制：对步骤三中得到的板坯进行多火次轧制，得到钛合金板；
[0010]步骤五、热处理：对步骤四中得到的钛合金板进行热处理；
[0011]步骤六、表面处理：将步骤四中经热处理后的钛合金板进行表面处理，得到防爆轰钛合金板。
[0012]本专利技术首先根据合金化原理对防爆轰钛合金板的成分进行设计，在原有TC4钛合金成分的基础上降低了Al和V的含量，增加了微量的Fe、Si元素，得到少组元、低合金元素含量的钛合金板成分，通过添加β稳定元素明显提高了固溶时效强化效果，通过添加Si提高合金的抗拉强度和高温持久性能，并降低了成分成本，有效减轻了防爆轰钛合金板的面密度，并起到强化作用，在保证防爆轰钛合金板具有一定强度的前提下，提高其韧性和塑性，使得防爆轰钛合金板在冲击波的攻击下达到产生均匀塑性流变，吸收更多能量的效果，有效抗击爆炸带来的冲击波，减缓爆炸危害，提高了防爆轰钛合金板的防爆轰性能；同时，该组成的钛合金板具有较好的加工及热处理性能，便于后续加工制备过程的进行，降低了钛合金板的制备成本；本专利技术根据钛合金板的设计成分进行备料，选取含有钛及钛合金边角料或/和钛及钛合金残料作为钛元素原料，有效降低了钛合金板的原料成本，然后依次熔炼及开坯锻造、轧制、热处理和表面处理，得到防爆轰钛合金板。
[0013]上述的一种低成本防爆轰钛合金板的制备方法，其特征在于，步骤二中所述钛元素对应的原料含有钛及钛合金边角料、钛及钛合金残料、以及海绵钛中的一种或两种以上，且钛及钛合金边角料或/和钛及钛合金残料的质量为原料总质量的10％～15％；所述铝元素对应的原料含有铝
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硅中间合金、铝
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钒中间合金、铝
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钒
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铁中间合金和铝单质中的一种或两种以上；所述钒元素对应的原料含有铝
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钒中间合金、钒
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铁中间合金和铝
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钒
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铁中间合金中的一种或两种以上；所述铁元素对应的原料含有钒
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铁中间合金、铝
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钒
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铁中间合金和铁单质中的一种或两种以上。本专利技术中各元素对应的原料多样，采用两种或三种元素的中间合金便于计算配料，减少了原料间的差异，有利于提高钛合金铸锭中各元素的均匀性，而一种元素对应的单质配料，便于精确控制原料的添加量。
[0014]上述的一种低成本防爆轰钛合金板的制备方法，其特征在于，步骤二中所述钛及钛合金边角料、钛及钛合金残料为钛及钛合金的棒材、板材、管材、锻件加工产生的边角料或残料。本专利技术采用的钛及钛合金边角料、钛及钛合金残料的来源广泛，常见的钛及钛合金型材制备过程中产生的边角料和残料均可；通常，上述来源的钛及钛合金边角料、钛及钛合金残料在使用前需将表面清理干净，去除表面氧化皮和油污，避免在防爆轰钛合金板中引入杂质。
[0015]上述的一种低成本防爆轰钛合金板的制备方法，其特征在于，步骤三中所述两次真空自耗熔炼的熔炼电压均为18V～40V，熔炼电流均为6kA～40kA；所述钛合金铸锭的直径Φ为200mm～2000mm。在该优选的熔炼电流与电压下，钛合金对应原料的熔化速度可以控制在合理的范围内，既可以获得较好的钛合金铸锭表面质量，同时有利于获得疏松程度小、成分偏析度小、结晶构造致密的铸钛锭。
[0016]上述的一种低成本防爆轰钛合金板的制备方法，其特征在于，步骤三中所述加热的温度为1000℃～1200℃，时间为2h～5h，开坯锻造的变形量为60％～90％。该优选的加热温度、时间及开坯锻造变形量下，保证得到组织均匀的钛合金锻坯。
[0017]上述的一种低成本防爆轰钛合金板的制备方法，其特征在于，步骤四中所述多火次轧制的加热温度为850℃～950℃，加热时间为0.5h～2h，多火次轧制的道次变形量为60％～80％。优选在低于TC4相变温度下热轧时钛合金的变形抗力比冷加工时低，从而在该
轧制工艺下显著降低了能耗，减少成本；此外，该热轧工艺将铸造状态的粗大晶粒破碎，显微裂纹愈合，有效减少或消除了铸造缺陷。
[0018]上述的一种低成本防爆轰钛合金板的制备方法，其特征在于，步骤五中所述热处理的具体过程为：将钛合金板经固溶处理后冷却，然后经时效处理后冷却；所述固溶处理的制度为850℃～940℃保温0.5h～1h后水冷，时效处理的制度为480℃～550℃保温3h～5h后空冷。本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低成本防爆轰钛合金板的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、成分设计：对目标产物钛合金板的成分进行设计，得到该钛合金板的质量含量成分组成：铝2.5％～5％，钒2％～4％，铁0.5％～1.5％，硅0.1％～0.5％，氧小于等于0.25％，其他杂质元素的总质量含量小于0.3％且任一杂质元素的质量含量均小于0.1％，其余为钛；步骤二、配料：根据步骤一中得到的钛合金板的质量含量成分组成，选取准备对应元素的原料；所述钛元素对应的原料中含有钛及钛合金边角料或/和钛及钛合金残料；步骤三、熔炼及开坯锻造：将步骤二中选取的对应元素的原料制备成电极后放置于真空自耗炉中，经两次真空自耗熔炼得到钛合金铸锭，将钛合金铸锭经车床切削去除表面皮和冒口，然后在α相至β相的相转变温度以上加热进行开坯锻造，得到板坯；步骤四、轧制：对步骤三中得到的板坯进行多火次轧制，得到钛合金板；步骤五、热处理：对步骤四中得到的钛合金板进行热处理；步骤六、表面处理：将步骤四中经热处理后的钛合金板进行表面处理，得到防爆轰钛合金板。2.根据权利要求1所述的一种低成本防爆轰钛合金板的制备方法，其特征在于，步骤二中所述钛元素对应的原料含有钛及钛合金边角料、钛及钛合金残料、以及海绵钛中的一种或两种以上，且钛及钛合金边角料或/和钛及钛合金残料的质量为原料总质量的10％～15％；所述铝元素对应的原料含有铝
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硅中间合金、铝
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钒中间合金、铝
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钒
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铁中间合金和铝单质中的一种或两种以上；所述钒元素对应的原料含有铝
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钒中间合金、钒
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铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：呼丹，高广睿，屈静，陶路路，王宝云，
申请(专利权)人：西安赛福斯材料防护有限责任公司，
类型：发明
国别省市：