一种600℃钛合金TA33厚板及其制备方法

本发明属于钛合金材料加工，具体涉及一种600℃钛合金ta33厚板及其制备方法。

背景技术：

1、随着临近空间高超声速飞行器的发展，高温钛合金因具有比强度高、高温综合力学性能优异等特点，可大量应用于高超声速飞行器的机身、尾翼喷口等高温结构部位。

2、在公开号为cn104874604a的发明专利中，提供了一种宽幅钛合金厚板的轧制方法，解决了宽幅tc4厚板的工业化轧制问题，但对于获得的tc4板材的高温力学性能未关注。

3、在公开号为cn110961453a的发明专利中，提供了一种钛及钛合金厚板的加工方法，解决了350mm~500mm厚钛合金板材尺寸精度和表面质量控制问题，但对板材的力学性能未关注。

4、在公开号为cn111235504a的发明专利中，提供了一种钛合金厚板的生产工艺，该专利并未提供适用的合金类型，仅提供了获得一种网篮状组织钛合金厚板的工艺方法。

5、在授权公告号为cn102441584b的发明专利中，提供了一种获得倒棱钛合金厚板坯的制备方法，主要关注如何减少板材边部折叠，从而提高板材头尾、侧面的切损，提高板材的成材率，对板材的合金成分、板材的力学性能未提及。

6、在授权公告号为cn104651767b的发明专利中，提供了一种医用tc4eli钛合金中厚板的加工方法，主要关注了板材的显微组织和室温力学性能。

7、在授权公告号为cn105951016b的发明专利中，提供了一种ta5钛合金厚板的短流程制备方法，主要关注板型控制，并未提及力学性能。

8、在授权公告号为cn107952794b的发明专利中，提供了一种tc4钛合金厚板的单火轧制方法，主要关注板材的组织、室温拉伸性能和表面质量。

9、由于600℃钛合金ta33为近α型高温钛合金，具有较高的热强性，主要用于航空航天领域高温结构件的制造。合金的高温变形能力较tc4、ta5等钛合金差，厚板轧制过程中开裂倾向增大。对于600℃高温钛合金ta33厚板的制备方法，主要难点是板材的组织控制和室温、高温力学性能匹配。现有大量的专利关注于tc4等α+β两相合金的厚板尺寸控制、制备成本控制和室温拉伸性能。作为近α型高温钛合金，600℃钛合金ta33厚板的制备方法与tc4等合金存在显著不同，不但要关注板材制备工艺，也要关注室温拉伸性能、高温拉伸性能和高温持久性能等力学性能，来满足600℃高温服役环境下的使用需求。

技术实现思路

1、针对600℃钛合金厚板ta33制备技术空白，本发明提供了一种600℃钛合金ta33厚板及其制备方法，用于制备厚度为3mm~60mm的板材，所得板材具有较高的600℃高温瞬时拉伸强度，以及良好的长时600℃持久性能，长时（不小于100h）使用温度可达600℃，短时（不小于1h）使用温度可达650℃。

2、本发明的技术方案是：

3、一种600℃钛合金ta33厚板的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤一，将钛合金铸锭在温度为1150℃~1250℃的加热炉中保温200min~240min，在锻造机上进行坯料锻造，终锻温度不低于1050℃，得到240mm~320mm厚的板坯；

5、步骤二，将步骤一所得坯料在温度为1000℃~1030℃的加热炉中保温100min~150min，在板材轧机上进行轧制，得到120mm~150mm厚的板坯；

6、步骤三，将步骤二所得板坯在温度为1000℃~1030℃的加热炉中保温120min~150min，垂直于步骤二中的轧制方向，轧制得到55mm~65mm厚的坯料；

7、步骤四，将步骤三所得坯料在温度为960℃~1000℃的加热炉中保温80min~100min，垂直于步骤三中的轧制方向，轧制得到35mm~45mm厚的坯料；

8、步骤五，将步骤四所得坯料在温度为960℃~1000℃的加热炉中保温80 min~100min，垂直于步骤四中的轧制方向，轧制得到15mm~25mm厚的坯料；

9、步骤六，将步骤五所得坯料在温度为960℃~1000℃的加热炉中保温80 min~100min，垂直于步骤五中的轧制方向，轧制得到4mm~15mm厚的坯料；

10、步骤七，根据板材厚度要求选择步骤三~步骤六中所得坯料，并经过退火处理、蠕变校形和表面砂光后，获得表面质量合格的3mm~60mm厚成品板材。

11、本发明所述钛合金ta33的组成为（重量百分比）：al：5.2%~6.5%，sn：3.0%~4.5%，zr：2.5%~4.0%，mo：0.2%~1.0%，si：0.2%~0.6%，nb：0.2%~0.7%,ta：0.7%~1.5%，c：0.02%~0.08%，fe≤0.03%，o≤0.15%，h≤0.012%，n≤0.05%，其余为ti和不可避免的杂质元素。

12、作为优选的技术方案：

13、按照重量百分比记，所述钛合金的最优名义成分组成为：ti-(5.5~5.8)al-(3.7~4.0)sn-(3.0~3.5)zr-(0.4~0.9)mo-(0.3~0.5)si-(0.3~0.6)nb-(0.8~1.2)ta-(0.03~0.06)c，fe≤0.03%，o≤0.15%，h≤0.012%，n≤0.05%。

14、步骤一中所得板坯的显微组织为条状α相+β相组织，坯料厚度方向的总变形量不小于50%。

15、步骤二中所述的轧制，轧程数为一次，厚度方向总变形量不小于50%，最优选的总变形量为50%~53%。

16、步骤三中所述的轧制，轧程数为一次，厚度方向总变形量不小于50%，最优选的总变形量为54%~57%。

17、步骤四中所述的轧制，轧程数为一次，厚度方向总变形量不小于30%，最优选的总变形量为31%~36%。

18、步骤五中所述的轧制，轧程数为一次，厚度方向总变形量不小于40%，最优选的总变形量为44%~57%。

19、步骤六中所述的轧制，轧程数为一次，厚度方向总变形量不小于40%，最优选的总变形量为40%~73%。

20、步骤七中所述的退火处理为双重退火处理，第一重退火温度为950℃~1020℃，退火时间60min~120min，空气中冷却；第二重退火温度为600℃~700℃，退火时间120min~240min，空气中冷却。

21、采用本发明所述方法制备得到的600℃钛合金ta33厚板，其室温抗拉强度≥1000mpa，延伸率≥8%；600℃抗拉强度≥600mpa，延伸率≥10%；持久性能为600℃/310mpa加载测试条件下，持久断裂寿命不小于100h，650℃/400mpa加载测试条件下，持久断裂寿命不小于1h。

22、本发明与现有技术比有以下优点：

23、1、本发明的板坯制备过程中，板坯横截面的锻造总变形量不小于50%，板坯的β晶粒尺寸得到充分破碎。

24、2、本发明所述板坯在两相区温度区间内变形，并逐渐降低变形温度，可有效减弱板材的相变织构，同时保证板材在两相区得到充分变形。

25、3、采用本发明所述方法制备的600℃钛合金ta33厚板的显微组织均匀，室温和高温拉伸性能优异。