一种高温高强钛合金箔材卷带制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高温高强钛合金箔材卷带制备方法，包括对高温高强钛合金板坯进行热轧制备5.0mm板材，热轧过程可在线补温；切取5.0

【技术实现步骤摘要】
一种高温高强钛合金箔材卷带制备方法


[0001]本专利技术属于钛合金箔材加工制备
，尤其涉及一种通过控制温度和控制轧制工艺实现高温高强钛合金箔材卷带短流程、长尺寸制备的方法。

技术介绍

[0002]高温高强钛合金通常指应用于航空航天承力部件，室温拉伸强度高于900MPa，可在350℃以上条件下使用的无序固溶强化型钛合金，在高温服役环境下其强度、塑性、持久蠕变和疲劳性能之间具有良好匹配，比强度较铁基和镍基高温合金也有明显优势，如TC4、TA15、TA32合金。对于高温高强钛合金而言，其主要服役环境为高温状态或高温热力耦合状态。随着新型飞行器设计概念的提出，耐高温、高应力及轻量化设计需求迫切。钛合金箔材是轻量化部件制造的首选材料，在蜂窝结构、多层结构、蒙皮结构有着广泛应用。但是，高温高强钛合金箔材受到轧制变形抗力大、可加工能有限、易成形开裂等问题的影响，制备工艺繁杂、冗长，未完全实现工业化制备。国内外学者针对中高温高强钛合金箔材的制备方法进行了大量研究。
[0003]目前一些相关文献报道中虽然提出了通过热轧、冷轧、退火和表面处理结合的方式，实现了高温高强钛合金0.1mm箔材小批量制备，但是受制于高温高强钛合金塑性变形难的特性，其制备工艺往往比较复杂、冷轧变形量小（20~30%）、加工工序多（热轧5个火次、冷轧4~6个轧程），高温高强钛合金箔材很难工业化制备。还有一些文献中提出了采用热轧工艺实现高温钛合金箔材的制备，虽然制备流程相对简短，可降低对轧制设备的要求，但是无法制备长尺寸箔材，生产效率较低，而且厚度精度不易控制。
[0004]综上，通过包套轧制和冷轧结合的方法可以制备0.1mm厚度高温高强钛合金箔材，但是制备效率低、控制难度大、成本高，无法批量化制备，因此工程应用较少。

技术实现思路

[0005]基于以上
技术介绍
中提出的相关技术问题，本专利技术提出了一种通过控制包套轧制变形量、增加特殊辅热工装、控制轧制温度实现高温高强钛合金箔材短流程、高精度、长尺寸的制备方法，其适用于不同成分和不同厚度的高温高强钛合金箔材工业化制备；也可用于其他特种合金箔材生产制造。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术具体采用了如下技术方案。
[0007]本专利技术提供了一种高温高强钛合金箔材卷带制备方法，包括如下步骤：步骤1：将高温高强钛合金板坯在相变点以上10℃~15℃加热保温30min~300min，热轧制备5.0mm板材，轧机两侧辊道处配备在线电阻炉，轧制过程按需求在线补温；步骤2：切取5.0mm厚
×
400~600mm宽
×
400~800mm长板材，经相变点以上50℃~80℃固溶处理，保温6min~8min，快速水冷；步骤3：5.0mm厚度板材3~5片一组叠层放入钢包套，焊合形成叠轧包，然后850℃~1000℃加热保温60min~100min，长宽调换后通过包套换向轧制制备0.5mm厚度板材，轧制过
程需在线补温；然后将所述0.5mm厚度板材经800℃~900℃热处理、校形处理，砂光表面氧化层，为冷轧箔材做准备；步骤4：切取0.5mm厚
×
100~400mm宽
×
2000~5000mm长板材，板材头尾焊接引带进行张力轧制，4辊轧机前后设计在线辅热工装，实现控温大变形带张力轧制，加热温度300℃~500℃，进行1~3次温轧，轧程变形量30~40%，每个轧程间进行800℃~900℃的真空热处理，通过控温冷轧制备出0.1mm~0.3mm厚轧制态箔材卷带。
[0008]作为本专利技术的进一步说明，步骤1中厚度＜25mm的薄板坯所用保温时间为30min~60min，厚度≥25mm的厚板坯所用保温时间为厚度
×
1.5min。
[0009]作为本专利技术的进一步说明，步骤1中，当轧制过程材料表面温度低于800℃时，需要进入到在线电阻炉中在线补温至目标温度再继续轧制，补温加热温度相变点以上10℃~15℃，保温时间10min~30min。
[0010]作为本专利技术的进一步说明，步骤2中快速水冷的冷却速率控制在＞300℃/s。
[0011]作为本专利技术的进一步说明，步骤3中制作叠轧包前需要将板材表面砂光去除氧化层，各层钛板材表面涂覆止焊剂。
[0012]作为本专利技术的进一步说明，步骤3中叠轧包上下盖板使用20~30mm厚度不锈钢板。
[0013]作为本专利技术的进一步说明，步骤3中，当材料表面温度低于800℃需要进入到在线电阻炉中在线补温至850℃~1000℃再继续轧制，保温时间10min~30min。
[0014]作为本专利技术的进一步说明，步骤4中所述控温大变形带张力轧制过程的轧辊凸度控轧在0.03~0.15mm，道次轧制变形量控制在0.01~0.09mm，轧制速率控制在0.1m/s~0.45m/s，轧制力控制在100t~300t，轧制张力控制在400~900kg；厚度精度控制在0.1
±
0.015mm。
[0015]作为本专利技术的进一步说明，所述制备方法还包括：步骤5：将步骤4制备的所述轧制态箔材卷带整体包裹封装后放入真空炉中进行真空退火热处理，热处理温度700℃~950℃，保温时间100min~300min，获得厚度为0.1mm～0.3mm的成品箔材。
[0016]作为本专利技术的进一步说明，步骤5中所述包裹封装材料采用纯钛箔材，真空炉真空度控制在10
‑3~10
‑4Pa，温度精度控制在
±
3℃。
[0017]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术通过步骤1和步骤3控温轧制，实现大变形、短流程高温高强合金板材制备。通过在线回炉加热工艺和叠轧包设计改善材料热加工能力，2个火次可轧制制备出0.5mm板材，较以往技术多次热轧、多次包套轧制工艺提高效率，降低成本。
[0018]2、本专利技术通过步骤2和步骤3的固溶处理和换向轧制，可改善箔材变形织构，细化晶粒，减弱箔材各向异性。
[0019]3、本专利技术通过步骤4过程控温带张力冷轧箔材工艺及在线辅热工装设计，可以改善高温高强钛合金冷变形能力，增加轧程变形至30~40%。较以往技术中的10~30%的变形量有所提高。
[0020]4、本专利技术整体给出了高温高强钛合金的在线补温工艺、叠轧包工装设计、控温带张力冷轧箔材工艺及在线辅热工装设计，另外优选的加热温度、固溶处理温度、保温时间、冷却速率等工艺细节，可保证高温高强钛合金箔材实现短流程、高精度、长尺寸制备，同时降低箔材各向异性、提高尺寸精度，获得良好的综合性能及外观质量。
附图说明
[0021]图1为本专利技术提供的高温高强钛合金箔材卷带制备方法步骤4中控温带张力冷轧箔材工艺及工装示意图。
[0022]图2为本专利技术实施例1中TA15合金箔材（0.2
×
200
×
10000mm）：（a）箔材实物图；（b）显微组织。
[0023]图3为本专利技术实施例2中TC4合金箔材（0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温高强钛合金箔材卷带制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将高温高强钛合金板坯在相变点以上10℃~15℃加热保温30min~300min，热轧制备5.0mm板材，轧机两侧辊道处配备在线电阻炉，轧制过程按需求在线补温；步骤2：切取5.0mm厚
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400~600mm宽
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400~800mm长板材，经相变点以上50℃~80℃固溶处理，保温6min~8min，快速水冷；步骤3：5.0mm厚度板材3~5片一组叠层放入钢包套，焊合形成叠轧包，然后850℃~1000℃加热保温60min~100min，长宽调换后通过包套换向轧制制备0.5mm厚度板材，轧制过程需在线补温；然后将所述0.5mm厚度板材经800℃~900℃热处理、校形处理，砂光表面氧化层，为冷轧箔材做准备；步骤4：切取0.5mm厚
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100~400mm宽
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2000~5000mm长板材，板材头尾焊接引带进行张力轧制，4辊轧机前后设计在线辅热工装，实现控温大变形带张力轧制，加热温度300℃~500℃，进行1~3次温轧，轧程变形量30~40%，每个轧程间进行800℃~900℃的真空热处理，最终制备出0.1mm~0.3mm厚轧制态箔材卷带。2.根据权利要求1所述的高温高强钛合金箔材卷带制备方法，其特征在于，步骤1中厚度＜25mm的薄板坯所用保温时间为30min~60min，厚度≥25mm的厚板坯所用保温时间为厚度
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1.5min。3.根据权利要求1所述的高温高强钛合金箔材卷带制备方法，其特征在于，步骤1中，当轧制过程材料表面温度低于800℃时，需要进入到在线电阻炉中在线补温至目标温度再继续轧制，补温加热温度相变点...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智鑫，唐斌，李瑞锋，刘川，彭程，樊江昆，李金山，
申请(专利权)人：重庆三航新材料技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：