一种650℃钛合金TA38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650℃钛合金ta38厚板及其制备方法。

背景技术：

1、ta38为一种近α型高温钛合金，长时使用温度为650℃，短时使用温度可达650℃~700℃，该合金的厚板主要应用于高马赫飞行器的机身、尾喷管蒙皮、油箱骨架等部位，在航空和航天具有广泛的应用前景。

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、目前，在国内外已知的可在600℃以上温度使用的高温钛合金中，ta38钛合金是相对最成熟，最具工程化应用基础的650℃高温钛合金，该合金的棒材、锻件已在我国的先进航空发动机上开展了大量的工程化应用研究，并具备了批量供货能力，合金的薄板、带材和箔材也已初步具备了工业化供货能力。随着我国高马赫数飞行器的快速发展，ta38钛合金厚板已成为高超声速飞行器高温热结构部件的必选材料，厚板的制备工艺和力学性能稳定性成为影响该合金在航空和航天领域进一步应用的关键因素。

技术实现思路

1、针对650℃钛合金厚板ta38制备技术空白，本发明提供了一种650℃钛合金ta38厚板及其制备方法，用于制备厚度为10mm~100mm的板材，所得板材具有较好的室温强度和塑性匹配，较高的650℃高温瞬时拉伸强度，以及良好的长时650℃持久和蠕变性能，长时（不小于100h）使用温度可达650℃。

2、本发明的技术方案是：

3、一种650℃钛合金ta38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240min~280min，在锻造机上进行开坯锻造，终锻温度不低于1050℃，得到300mm~350mm厚的坯料；

5、步骤二，将步骤一所得坯料在温度为1010℃~1040℃的加热炉中保温120min~180min，在锻造机上进行锻造，得到200mm~250mm厚的板坯；

6、步骤三，将步骤二所得板坯在温度为1010℃~1040℃的加热炉中保温120min~180min，在板轧机上进行轧制，得到100mm~150mm厚的坯料；

7、步骤四，将步骤三所得坯料在温度为950℃~990℃的加热炉中保温120 min~150min，在板轧机上进行轧制，垂直于步骤三的轧制方向，轧制得到85mm~105mm厚的坯料；

8、步骤五，将步骤四所得坯料在温度为950℃~990℃的加热炉中保温120 min~150min，在板轧机上进行轧制，垂直于步骤四的轧制方向，轧制得到55mm~65mm厚的坯料；

9、步骤六，将步骤五所得坯料在温度为950℃~990℃的加热炉中保温100 min~120min，在板轧机上进行轧制，垂直于步骤五的轧制方向，轧制得到25mm~35mm厚的坯料；

10、步骤七，将步骤六所得坯料在温度为950℃~990℃的加热炉中保温100 min~120min，在板轧机上进行轧制，垂直于步骤六的轧制方向，轧制得到12mm~14mm厚的坯料；

11、步骤八，根据板材厚度要求选择步骤四~步骤七中所得坯料，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10mm~100mm厚度成品板材。

12、本发明所述所述厚板的化学成分（重量百分比）为：al：5.5%~6.5%，sn：3.0%~5.0%，zr：3.0%~7.0%，mo：0.1~1.0%，si：0.2%~0.5%，nb：0.2%~1.0%，ta：0.3%~2.5%，w：0.2%~1.5%，c：0.02%~0.08%，fe≤0.03%，ni%≤0.05%，o≤0.15%， h≤0.01%，n≤0.03%，其余为ti和不可避免的杂质元素。

13、作为优选的技术方案：

14、按照重量百分比记，所述钛合金的最优名义成分组成为：ti-(5.7~5.9)al-(3.7~4.2)sn-(3.3~3.7)zr-(0.3~0.6)mo-(0.3~0.5)si-(0.3~0.5)nb-(0.8~1.5)ta-（0.5~0.9）w-(0.03~0.07)c，fe≤0.03%，o≤0.15%，h≤0.01%，n≤0.03%。

15、步骤一中所得坯料的显微组织为长条状α相+β相组织，坯料厚度方向的总变形量不小于50%，最优选的总变形量为50%~55%。

16、步骤二中所述的锻造，厚度方向的总变形量不小于28%，最优选的总变形量为28%~33%。

17、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40%，最优选的总变形量为40%~50%。

18、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15%，最优选的总变形量为15%~30%。

19、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35%，最优选的总变形量为35%~38%。

20、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46%，最优选的总变形量为46%~55%。

21、步骤七中所述的轧制，轧程数为一次，厚度方向总变形量不小于52%，最优选的总变形量为52%~60%。

22、步骤八中所述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，对于厚度大于30mm的坯料，退火后的冷却方式为水淬，对于厚度为10mm~30mm的坯料，冷却方式为空冷；第二重退火温度为600℃~700℃，退火时间120min~240min，冷却方式为空冷

23、采用本发明所述方法制备得到的650℃钛合金ta38厚板，其室温抗拉强度≥1000mpa，屈服强度≥900mpa，延伸率≥6%；650℃抗拉强度≥550mpa，屈服强度≥450mpa，延伸率≥8%；持久性能为650℃/240mpa加载测试条件下，持久断裂寿命≥100h；650℃/100mpa/100h试验条件下，蠕变残余变形≤0.2%。

24、本发明与现有技术比有以下优点：

25、1、本发明的板材坯料在铸锭开坯锻造过程中，坯料厚度方向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。

26、2、本发明中间过程坯料始终在两相区温度区间（950℃~1040℃）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。

27、3、采用本发明方法制备的650℃钛合金ta38厚板的显微组织均匀，室温和高温拉伸性能优异。