[发明专利]一种TC4细晶钛合金薄板的制备方法

说明书

一种TC4细晶钛合金薄板的制备方法，该TC4细晶钛合金薄板厚度为0.3～3mm，晶粒尺寸为2～5μm，室温力学性能：屈服强度为955～995MPa、抗拉强度为1020～1050MPa、断后延伸率为15～19％。通过制备原始板坯、板坯热处理、包覆叠轧、薄板热处理、薄板表面处理制备而得，该制备方法对初始坯料显微组织要求不高且流程简单，其获得的薄板组织均匀细小、力学性能质量高，且材料的收得率高、生产成本可控，具有很高的实用价值。

技术领域

本发明涉及钛合金材料，具体涉及一种TC4细晶钛合金薄板的制备方法。

背景技术

钛合金材料在经济发展和国防工业中具有重要的战略意义，但由于其力学性能的限制，应用领域严重受限。研究表明，控制钛合金显微组织中晶粒与α片层尺度是提高其强度、疲劳抗力等力学性能的有效方法，这是因为晶粒尺寸与α片层均匀细小的组织有助于提升钛合金材料的强度和其各向同性，以及提升裂纹的扩展抗力。

针对钛合金晶粒细化的问题上，国内外开展了大量的研制工作，比较常用的方法是尽可能地提高合金的两相区加工变形量，使板材组织得到充分破碎来获得等轴细晶组织。但钛合金的变形存在工艺窗口窄且要求高的特性，为此在增加变形量的同时，不可避免地也增加了变形工艺道次，进而降低生产效率、增加了制造成本。

目前针对TC4钛合金薄板而言，追求细晶及其性能的各向同性是关键高难度指标要求。晶粒度5～20μm的波动范围大且不均匀会影响到后续零件成材的工艺参数稳定性和质量一致性；薄板纵、横向性能的差异较大，会造成材料在后续成形时各方向变形的不协调，导致成形一致性差，例如，超塑成形时网格容易发生畸变，内部结构容易产生折叠、并引发表面蒙皮起皱等缺陷。为此需要寻求一种新的制备方法以获得细小均匀的细晶组织薄板产品。

中国专利CN103045906A公开了一种TC4合金热轧板工艺的制备方法，该方法侧重于低成本获得组织均匀的TC4合金热轧板，并未涉及控制板材显微组织，其晶粒尺寸较大，没有达到细晶控制的应用需求目的。

中国专利CN102489507A公开了一种钛合金宽幅薄板的制备方法，其中涉及采用包覆轧制技术生产薄板的方法，其目的同样并未控制其显微组织的晶粒尺寸。

目前有关TC4钛合金薄板在控制成本、减少工序的同时，又能保证获得晶粒均匀细小的显微组织的相关报道尚未见到。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TC4细晶钛合金薄板的制备方法，克服TC4钛合金薄板晶粒细小与制备工序冗长和生产成本高的矛盾问题，获得可满足高强度应用需求的钛合金细晶薄板。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种TC4细晶钛合金薄板，其薄板厚度为0.3～3mm，晶粒尺为寸2～5μm，室温力学性能：屈服强度(Rp0.2)为955～995MPa、抗拉强度(Rm)为1020～1050MPa、断后延伸率(A)为15～19％。

本发明所述的TC4细晶钛合金薄板的制备方法，其包括以下步骤：

1)制备TC4钛合金原始板坯，并控制原始板坯厚度为3～15mm；

2)对原始板坯进行热处理

热处理的温度为1010～1050℃，保温时间为20～40mim，热处理后水淬或风冷至600℃以下；

3)包覆处理

将至少两块热处理后的原始板坯叠放在一起进行包覆处理，制成叠扎包；

4)对叠轧包进行轧制

采用换向轧制，轧制温度为750～900℃，轧制道次控制在3～6道次，每道次变形量<25％，总变形量≥70％；

5)对轧制后的薄板进行热处理