一种超塑成形用细晶粒ta15钛合金薄板的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法，包括以下步骤：一、将一定厚度的TA15钛合金板坯进行第一轧制，水冷后进行表面修磨处理；二、进行第二轧制，空冷后进行表面修磨处理；三、进行第三轧制，空冷后进行表面修磨处理；四、进行第四轧制，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度为0.6mm～2.5mm的超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板。本发明制备的TA15钛合金薄板的横纵向金相组织皆为等轴细小均匀晶，晶粒尺寸不大于6μm，延伸率不小于715%，满足超塑成形的相关技术要求。
【专利说明】一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钛合金材料加工【技术领域】，具体涉及一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法。
【背景技术】
[0002]TA15钛合金，其名义化学成分为T1-6.5Al_2Zr-lMo_lV，是一种综合性能良好的钛合金。TA15钛合金主要通过α稳定元素Al得到强化，同时也加入了一定量的中性元素Zr以及β稳定元素Mo和V得到补充强化。ΤΑ15钛合金具有与α型钛合金同样优良的焊接性能和接近α+β型钛合金的工艺塑性。
[0003]随着航空、航天、船舶等工业技术的快速发展，对ΤΑ15钛合金板的性能提出更高的要求。按照传统工艺，在制备厚度小于4_的ΤΑ15钛合金薄板时，为形成所需魏氏组织，需要在轧制至厚度为IOmm?12mm时进行β相变点以上淬火，因板材的厚度较薄，高温加热的板材迅速入水后的急冷会造成板材发生严重扭曲变形，在这种平整度极差的板材上进行后续表面打磨的难度极大，且使得后续校平、打磨、切割等工序的工作量严重加大，工序繁杂，经常造成表面氧化皮未去除干净，影响最终成品表面差的后果。并且由于上述操作性难度大，过程控制不恰当，生产出的ΤΑ15薄板横、纵向组织差异大，显微组织均匀较差。
[0004]因此，现有的加工方法已不适合用于超塑成形的细晶粒ΤΑ15钛合金薄板的制备，亟需进行技术改进。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种超塑成形用细晶粒ΤΑ15钛合金薄板的制备方法。采用该方法制备的ΤΑ15钛合金薄板的横纵向金相组织皆为等轴细小均匀晶，晶粒尺寸不大于6 μ m，延伸率不小于715%，满足超塑成形的相关技术要求。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0007]步骤一、将厚度为120mm?200mm的TA15钛合金板坯在始轧温度为β相变点以上10°C?15°C，终轧温度为β相变点以下10°C?15°c的条件下进行第一轧制，水冷后进行表面修磨处理，得到厚度为30mm?45mm的第一半成品板材；
[0008]步骤二、将步骤一中所述第一半成品板材在始轧温度为β相变点以下60°C?900C，终轧温度不低于800°C的条件下进行第二轧制，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度为Ilmm?15mm的第二半成品板材；
[0009]步骤三、将步骤二中所述第二半成品板材在始轧温度为β相变点以下60°C?900C，终轧温度不低于800°C的条件下进行第三轧制，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度为4mm?5mm的第三半成品板材；
[0010]步骤四、将步骤三中所述第三半成品板材在始轧温度为β相变点以下100°C?130°C，终轧温度不低于800°C的条件下进行第四轧制，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度为0.6mm?2.5mm,晶粒尺寸不大于6 μ m，延伸率不小于715%的超塑成形用细晶粒TA15钛
合金薄板。
[0011]上述的一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法，其特征在于，步骤一中所述水冷的速率不低于10°c /S。
[0012]上述的一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法，其特征在于，步骤一中所述第一轧制的道次数为6道次?9道次,所述第一轧制的道次加工率为5%?28%。
[0013]上述的一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法，其特征在于，步骤二中所述第二轧制的道次数为5道次?7道次，所述第二轧制的道次加工率为5%?32%。
[0014]上述的一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法，其特征在于，步骤三中所述第三轧制的道次数为5道次?6道次，所述第三轧制的道次加工率为4%?35%。
[0015]上述的一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法，其特征在于，步骤四中所述第四轧制的道次数为4道次?8道次，所述第四轧制的道次加工率为5%?35%。
[0016]上述的一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法，其特征在于，步骤四中所述第四轧制的具体轧制方式为包覆叠轧。
[0017]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0018]1、本发明首先选取120mm?200mm适宜厚度的TA15钛合金板坯为原料，先在β相变点附近进行一火轧制变形，使其在该温度下形成粗大β晶粒；然后进行迅速水冷，使得β晶粒中析出长条状α相，形成针状魏氏组织；之后在β相变点以下进行多火次大变形轧制，作用是大量破碎、细化组织，并使针状组织大量发生球化，最终得到晶粒尺寸不大于6 μ m的细晶粒钛合金薄板。本发明制备的TA15钛合金薄板的横向显微组织和纵向显微组织均为等轴晶粒。
[0019]2、本发明在对30mm?45mm厚的半成品板材进行迅速水冷的过程中，因板材厚度较厚，水冷不会造成板材扭曲变形，不影响其平整度，因此对后续表面打磨、剪切等工序均无任何影响，大大简化了工序，减少了工作量。
[0020]3、本发明利用球化原理(即片层状组织随变形量增加，球化率明显增加)进行TA15钛合金薄板的制备。首先，本发明通过对30mm?45mm厚的热轧板材进行快速水冷,以形成使其发生球化的魏氏组织。而传统工艺中淬火厚度为IOmm?12mm厚，虽然该厚度淬透性好一些，但由于厚度较薄发生严重扭曲变形，使得后续校平、打磨、切割等工序的工作量严重加大，工序繁杂，经常造成表面氧化皮未去除干净，影响最终成品表面差的后果，使得不偿失。若是以成品板材厚度为1.0mm计算,传统工艺在厚度为IOmm?12mm时进行水冷,其在水冷后的加工总变形量为90%左右；而本发明在厚度为30mm?45mm进行水冷，其在水冷后的加工总变形量为97%以上，总变形量明显增加，即使对粗片层组织而言，本发明采用如此大的变形量也可使其发生球化。另外，本发明经过大量创造性实验后得出，不能在板材厚度大于45mm时进行淬火，否则导致板材的淬透性太差，严重影响最终产品的显微组织均匀性。
[0021]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1 (a)为本发明实施例1制备的TA15钛合金薄板的横向金相组织照片。[0023]图1 (b)为本发明实施例1制备的TA15钛合金薄板的纵向金相组织照片。
[0024]图2 Ca)为本发明实施例2制备的TA15钛合金薄板的横向金相组织照片。
[0025]图2 (b)为本发明实施例2制备的TA15钛合金薄板的纵向金相组织照片。
[0026]图3 Ca)为本发明实施例3制备的TA15钛合金薄板的横向金相组织照片。
[0027]图3 (b)为本发明实施例3制备的TA15钛合金薄板的纵向金相组织照片。
[0028]图4 Ca)为本发明实施例4制备的TA15钛合金薄板的横向金相组织照片。
[0029]图4 (b)为本发明实施例4制备的TA15钛合金薄板的纵向金相组织照片。
[0030]图5 Ca)为本发明对比例I制备的TA15钛合金薄板的横向金相组织照片。
[0031]图5 (b)为本发明对比例I制备的TA15钛合金薄板的纵向金相组织照片。
【具体实施方式】
[0032]实施例1
[0033]厚度为0.6mm的超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备:
[0034]步骤一、选取厚度为120mm的TA15钛合金板坯，经外观尺寸和内部探伤检验合格后，送入2800mm四辊可逆式热轧机中，在始轧温度为β相变点以上10°C，终轧温度为β相变点以下10°C的条件下进行6道次的第一轧制，各道次加工率分别为:10%，18%，23%，26%，28%，17%，然后对第一轧制后的TA15钛合金板坯的上下表面同时进行反复喷淋使其以不低于10°C /s的降温速率快速水冷至室温，经表面修磨处理后得到厚度为30mm的第一半成品板材；
[0035]步骤二、将步骤一中所述第一半成品板材送入2800mm四辊可逆式热轧机中，在始轧温度为β相变点以下70°C，终轧温度为810°C的条件下进行5道次的第二轧制，各道次加工率分别为:26%，32%，15%，7%，7%，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度为Ilmm的第二半成品板材；
[0036]步骤三、将步骤二中所述第二半成品板材送入2800mm四辊可逆式热轧机中，在始轧温度为β相变点以下70°C，终轧温度为810°C的条件下进行5道次的第三轧制，各道次加工率分别为:18%，32%，21%，10%，7%，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度为4mm的第三半成品板材；
[0037]步骤四、将步骤三中所述第三半成品板材送入2800mm四辊可逆式热轧机中，在始轧温度为β相变点以下120°C，终轧温度为810°C的条件下进行8道次的第四轧制，各道次加工率分别为:25%，33%，35%，20%, 18%，12%，10%, 10%,空冷后进行表面修磨处理，得到厚度
0.6mm的TA15钛合金薄板。
[0038]本实施例制备的TA15钛合金薄板的横向组织图如图1 (a)所示，本实施例制备的TA15钛合金薄板的纵向组织图如图1 (b)所示，由图1 (a)和图1 (b)可知，本实施例制备的TA15钛合金薄板的横纵向皆为等轴细小均匀晶，晶粒度评级约为4.7 μ m?5 μ m。本实施例制备的TA15钛合金薄板的延伸率为796%，满足超塑成形的相关技术要求。
[0039]实施例2
[0040]厚度为0.8mm的超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备:
[0041]步骤一、选取厚度为150mm的TA15钛合金板坯，经外观尺寸和内部探伤检验合格后，送入2800mm四辊可逆式热轧机中，在始轧温度为β相变点以上10°C，终轧温度为β相变点以下15°C的条件下进行7道次的第一轧制，各道次加工率分别为:10.5%, 20%, 25%,28%，20%, 9%，5%，然后对第一轧制后的TA15钛合金板坯的上下表面同时进行反复喷淋使其以不低于10°C /s的降温速率快速水冷至室温，经表面修磨处理后得到厚度为40mm的第一半成品板材；
[0042]步骤二、将步骤一中所述第一半成品板材送入2800_四辊可逆式热轧机中，在始轧温度为β相变点以下60°C，终轧温度为820°C的条件下进行7道次的第二轧制，各道次加工率分别为=12.5%, 20%, 32%, 16%，12.5%，9%，5%，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度为12mm的第二半成品板材；
[0043]步骤三、将步骤二中所述第二半成品板材送入2800mm四辊可逆式热轧机中，在始轧温度为β相变点以下60°C，终轧温度为820°C的条件下进行6道次的第三轧制，各道次加工率分别为:8.3%，18.2%，32%，19.7%，14.3%，4.7%，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度为4mm的第三半成品板材；
[0044]步骤四、将步骤三中所述第三半成品板材送入2800mm四辊可逆式热轧机中，在始轧温度为β相变点以下130°C，终轧温度为820°C的条件下进行6道次的第四轧制，各道次加工率分别为:5%，35%，32.5%，30.1%，15.5%，10.2%，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度
0.8mm的TAl5钛合金薄板。
[0045]本实施例制备的TA15钛合金薄板的横向组织图如图2 (a)所示，本实施例制备的TA15钛合金薄板的纵向组织图如图2 (b)所示，由图2 (a)和图2 (b)可知，实施例制备的TA15钛合金薄板的横纵向皆为等轴细小均匀晶，晶粒度评级约为4.5 μ m?6 μ m。本实施例制备的TA15钛合金薄板的延伸率为840%，满足超塑成形的相关技术要求。
[0046]实施例3
[0047]厚度为1.0mm的超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备:
[0048]步骤一、选取厚度为180mm的TA15钛合金板坯，经外观尺寸和内部探伤检验合格后，送入2800mm四辊可逆式热轧机中，在始轧温度为β相变点以上12°C，终轧温度为β相变点以下12°C的条件下进行8道次的第一轧制，各道次加工率分别为:8.5%，15%，21.5%，28%，21.5%，19.2%, 5.5%，5%，然后对第一轧制后的TA15钛合金板坯的上下表面同时进行反复喷淋使其以不低于10°C /s的降温速率快速水冷至室温，经表面修磨处理后得到厚度为45mm的第一半成品板材；
[0049]步骤二、将步骤一中所述第一半成品板材送入2800mm四辊可逆式热轧机中，在始轧温度为β相变点以下60°C，终轧温度为800°C的条件下进行7道次的第二轧制，各道次加工率分别为:5%，15%，20%, 30%, 22%，11.5%，7%，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度为13mm的第二半成品板材；
[0050]步骤三、将步骤二中所述第二半成品板材送入2800mm四辊可逆式热轧机中，在始轧温度为β相变点以下60°C，终轧温度为800°C的条件下进行6道次的第三轧制，各道次加工率分别为:15.4%, 32%, 24%, 17.5%，10.6%，4%，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度为4mm的第三半成品板材；
[0051]步骤四、将步骤三中所述第三半成品板材送入2800mm四辊可逆式热轧机中，在始轧温度为β相变点以下130°C，终轧温度为800°C的条件下进行6道次的第四轧制，各道次加工率分别为:35%，27%，21%，13.3%，11.5%，6%，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度1.0mm的TA 15钛合金薄板。
[0052]本实施例制备的TA15钛合金薄板的横向组织图如图3 (a)所示，本实施例制备的TA15钛合金薄板的纵向组织图如图3 (b)所示，由图3 (a)和图3 (b)可知，实施例制备的TA15钛合金薄板的横纵向皆为等轴细小均匀晶，晶粒度评级约为4.7 μ m~6 μ m。本实施例制备的TA15钛合金薄板的延伸率为730%，满足超塑成形的相关技术要求。
[0053]实施例4
[0054]厚度为2.5mm的超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备:
[0055]步骤一、选取厚度为200mm的TA15钛合金板坯，经外观尺寸和内部探伤检验合格后，送入2800mm四辊可逆式热轧机中，在始轧温度为β相变点以上15°C，终轧温度为β相变点以下15°C的条件下进行9道次的第一轧制，各道次加工率分别为:7.6%，15%，19%，28%，19.5%，20%, 13%，7.5%，5%，然后对第一轧制后的TA15钛合金板坯的上下表面同时进行反复喷淋使其以不低于10°C /s的降温速率快速水冷至室温，经表面修磨处理后得到厚度为45mm的第一半成品板材；
[0056]步骤二、将步骤一中所述第一半成品板材送入2800mm四辊可逆式热轧机中，在始轧温度为β相变点以下90°C，终轧温度为850°C的条件下进行6道次的第二轧制，各道次加工率分别为:5%，12%，32%，20%，17%, 11.5%，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度为15mm的第二半成品板材；
[0057]步骤三、将步骤二中所述第二半成品板材送入2800mm四辊可逆式热轧机中，在始轧温度为β相变点以下90°C，终轧温度为850°C的条件下进行6道次的第三轧制，各道次加工率分别为:13.3%, 35%, 17.9%，14.5%, 8.5%，7.4%，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度为5mm的第三半成品板材；
[0058]步骤四、将步骤三中所述第三半成品板材送入2800mm四辊可逆式热轧机中，在始轧温度为β相变点以下100°c，终轧温度为850°C的条件下进行4道次的第四轧制，各道次加工率分别为:35%，5.5%，14%，5%，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度为2.5mm的TA15钛合金薄板。
[0059]本实施例制备的TA15钛合金薄板的横向组织图如图4 (a)所示，本实施例制备的TA15钛合金薄板的纵向组织图如图4 (b)所示，由图4 (a)和图4 (b)可知，实施例制备的TA15钛合金薄板的横纵向皆为等轴细小均匀晶，晶粒度评级约为5 μ m~6 μ m。本实施例制备的TA15钛合金薄板的延伸率为715%，满足超塑成形的相关技术要求。
[0060]对比例I
[0061]本对比例TA15钛合金薄板的制备方法与实施例1的不同之处仅在于:将厚度为120mm的TA15钛合金板坯经第一轧制和第二轧制后再进行水冷，表面修磨后得到厚度为Ilmm的第二半成品板材。
[0062]本对比例制备的TA15钛合金薄板的横向金相组织如图5 (a)所示，纵向金相组织如图5 (b)所示，横向晶粒度评级约为7μm~8μm，且纵向晶粒度为长条相居多，晶粒度评级较难。并且，采用本对比例制备的ΤΑ15钛合金薄板的延伸率仅为400%，超塑性能低下。
[0063]以上所述，仅是本 发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤一、将厚度为120mm?200mm的TA15钛合金板坯在始轧温度为β相变点以上10°C?15°C，终轧温度为β相变点以下10°C?15°C的条件下进行第一轧制，水冷后进行表面修磨处理，得到厚度为30mm?45mm的第一半成品板材； 步骤二、将步骤一中所述第一半成品板材在始轧温度为β相变点以下60°C?90°C，终轧温度不低于80(TC的条件下进行第二轧制，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度为Ilmm?15_的第二半成品板材； 步骤三、将步骤二中所述第二半成品板材在始轧温度为β相变点以下60°C?90°C，终轧温度不低于800°C的条件下进行第三轧制，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度为4mm?5mm的第三半成品板材； 步骤四、将步骤三中所述第三半成品板材在始轧温度为β相变点以下100°C?130°C，终轧温度不低于800°C的条件下进行第四轧制，空冷后进行表面修磨处理，得到厚度为0.6mm?2.5mm,晶粒尺寸不大于6 μ m，延伸率不小于715%的超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板。
2.根据权利要求1所述的一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法，其特征在于，步骤一中所述水冷的速率不低于10°C /S。
3.根据权利要求1所述的一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法，其特征在于，步骤一中所述第一轧制的道次数为6道次?9道次，所述第一轧制的道次加工率为5% ?28%ο
4.根据权利要求1所述的一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法，其特征在于，步骤二中所述第二轧制的道次数为5道次?7道次，所述第二轧制的道次加工率为5% ?32%。
5.根据权利要求1所述的一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法，其特征在于，步骤三中所述第三轧制的道次数为5道次?6道次，所述第三轧制的道次加工率为4% ?35% ο
6.根据权利要求1所述的一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法，其特征在于，步骤四中所述第四轧制的道次数为4道次?8道次，所述第四轧制的道次加工率为5% ?35%。
7.根据权利要求1所述的一种超塑成形用细晶粒TA15钛合金薄板的制备方法，其特征在于，步骤四中所述第四轧制的具体轧制方式为包覆叠轧。
【文档编号】B21B1/38GK103785684SQ201410035189
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】王蕊宁, 付文杰, 李辉, 谢英杰, 周玉川, 陈钧伟, 王兴, 李维, 张娜, 张嫦娟, 舒滢, 邓超, 杨建朝 申请人:西部钛业有限责任公司