[发明专利]一种具有等轴组织的钛基复材薄板及其热处理方法

说明书

本发明涉及一种具有等轴组织的钛基复材薄板及其热处理方法，包括以下步骤：在纯钛板和/或钛合金板与钛基复材薄板相接触的一面涂覆止焊剂，作为包夹钛基复材薄板的上包套和下包套；将所述上包套和所述下包套分别放置在钛基复材薄板或钛基复材薄板叠层的最上层和最下层；将上述步骤放置后的叠层整体进行包套焊接密封，再进行抽真空，得到内部为真空的包套；将内部为真空的包套进行热处理，得到具有等轴组织的钛基复材薄板；将所述具有等轴组织的钛基复材薄板进行扩散连接；其目的是实现高焊合率的扩散连接，达到高质量的焊缝和超塑性变形能力的目的。

技术领域

本发明属于钛合金热处理技术领域，尤其涉及一种具有等轴组织的钛基复材薄板及其热处理方法。

背景技术

钛基复材作为航空高温结构材料，可用于高超声速蒙皮、锻件类结构件。超塑成形及超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术是一种低成本，高效益和近无余量的构件制造技术，能在一次热循环中制造出整体空心结构件，有益于降低结构重量。由于钛基复材中增强相的加入，使得钛基复材组织更加复杂，相变点提高，变形抗力增大，因此钛基复材较常规钛合金(如TC4、TA15、TA32等)的扩散连接要求高，甚至难以在工程化设备上实现高焊合率的扩散连接，严重影响了钛基复材在SPF/DB技术上的应用。目前，钛基复材实现较高90％焊合率的方法有高温、高压方法，扩散连接温度达到970℃以上，扩散连接压力达到3.0MPa～5.0MPa，扩散连接时间3～4h。从扩散连接理论方面可知，等轴细晶组织是较为理想的扩散连接用组织状态，晶界密度增加和晶界尺寸的减小有利于界面实现高质量的焊缝。对于普通钛合金，通常采用轧制工艺参数控制获得等轴细晶组织，而对于钛基复材难以通过低温轧制和静态再结晶的方法获得等轴细晶组织。另外，等轴细晶组织还有利于提高材料的超塑性变形能力。

传统制备等轴细晶组织的方法主要通过控制轧制工艺来实现，如对于TC4、TA15、TA32等钛合金，采用T_β-40～60℃，进行多火次，不同变形量进行轧制，实现晶粒破碎和动态再结晶获得等轴细晶组织。而对于钛基复材，由于对变形温度非常敏感，温度低易发生开裂，因此，钛基复材通常采用跨相区进行轧制，所获得的组织均为片层组织，如图1所示为1.2mm厚钛基复材薄板的微观组织。

发明内容

本发明主要针对以上问题，提出了一种具有等轴组织的钛基复材薄板及其热处理方法，其目的是实现高焊合率的扩散连接，达到高质量的焊缝和超塑性变形能力的目的。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于扩散连接用等轴组织钛基复材薄板的热处理方法，包括以下步骤：

在纯钛板和/或钛合金板与钛基复材薄板相接触的一面涂覆止焊剂，作为包夹钛基复材薄板的上包套和下包套；

将所述上包套和所述下包套分别放置在钛基复材薄板或钛基复材薄板叠层的最上层和最下层；

将上述步骤放置后的叠层整体进行包套焊接密封，再进行抽真空，得到内部为真空的包套；

将内部为真空的包套进行热处理，得到具有等轴组织的钛基复材薄板；

将所述具有等轴组织的钛基复材薄板进行扩散连接。

进一步地，将内部为真空的包套进行热处理的步骤包括：将内部为真空的包套放置于气体扩散炉或可实现施加气压的热处理炉内，升温至950～970℃，到温后施加0.5～3MPa的气压，保温保压2～3h后进行随炉冷却。

进一步地，在进行热处理后，还包括对经过热处理后的钛基复材薄板进行常规表面酸洗处理。

进一步地，所述扩散连接的工艺参数包括：扩散连接温度为940～960℃，扩散连接压力为1.5～2.0MPa的气压，保温保压1.5h～2h。

进一步地，在将所述上包套和所述下包套分别放置在钛基复材薄板或钛基复材薄板叠层的最上层和最下层之前，还包括根据表面平整度、清洁度要求对所述钛基复材薄板或钛基复材薄板叠层的表面进行预处理。