一种超塑成形用600℃高温钛合金薄板制备方法与流程

本发明属于钛及钛合金板材制备，具体涉及一种超塑成形用600℃高温钛合金薄板制备方法。

背景技术：

1、钛合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温、非磁性、线膨胀系数小等许多优点，被广泛用于航空航天、汽车舰船、石油化工、生物医药以及海洋工程等领域。钛合金的主要优势是具有较高的比强度，代替传统的钢及高温合金可减重约40％。此外，钛合金加工性能良好，可以加工成复杂结构的大尺寸零部件，满足结构设计者需求。凭借这些优势，钦合金己被用于制造飞机发动机叶片、叶盘、整体叶盘、鼓筒，悬架、整体框和起落架等多种零部。

2、近年来，随着航空发动机推重比的逐渐增加，钛合金的使用温度也从300℃逐渐提高至600℃，而常规超塑成形用高温钛合金为tc4和sp700，它们的使用温度最高为400℃，已无法满足600℃高温构件的需求。在公开号为cn1037885684a、cn103934301a和cn106955893a三个专利中均提到超塑成形用高温钛合金板材的制备，但所述板材使用温度最高达500℃。在公开号为cn109750185a的专利中给出一种短时使用于650℃的高温钛合金板材的制备方法，但其未对板材的高温持久性能给出描述。从上述技术研究现状可知，鲜有关于超塑成形用600℃高温钛合金板材的报道。因此，为满足航空航天装备构件的需求，亟待研发一种超塑性能优异且能在600℃长时间服役的高温钛合金薄板的制备技术。

技术实现思路

1、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600℃高温钛合金薄板制备方法。该方法采用近恒温大变形结合中间淬火的轧制路线，通过控制轧制温度以保证钛合金组织中存在大量的等轴α相，使得板材具有较高的高温强度，通过采用较大轧制变形量提高再结晶能力，增加板材的超塑性，并采用较少轧制道次实现近恒温轧制，保证板材顺利成型，获得超塑成形性能优异且用于600℃的钛合金薄板，填补了现有技术领域内的空白。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种超塑成形用600℃高温钛合金薄板制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

3、步骤一、将钛合金板坯的全部表面涂刷高温防氧化涂料，待表面干透后放入辊底炉中进行保温热处理，到温计时，待保温热处理结束后进行一火轧制，得到一火半成品板坯；所述一火轧制的总变形量不超过70％；

4、步骤二、将步骤一中得到的一火半成品板坯上下表面打磨处理后进行二火分切下料，然后将分切后的一火半成品板坯表面涂刷高温防氧化涂料，待表面干透后放入辊底炉中进行保温热处理，到温计时，待保温热处理结束后进行二火轧制，得到二火半成品板坯；所述二火轧制的总变形量不超过70％，且轧制方向与步骤一中一火轧制的方向相同；

5、步骤三、将步骤二中得到的二火半成品板坯放入电阻炉中进行保温热处理，到温计时，待保温热处理结束后放入淬火槽进行淬火处理；

6、步骤四、将步骤三中经淬火处理后的二火半成品板坯打磨处理后表面涂刷高温防氧化涂料，待表面干透后放入辊底炉中进行保温热处理，到温计时，待保温热处理结束后进行三火轧制，得到三火半成品板坯；所述三火轧制的总变形量不超过60％，且轧制方向与步骤二中二火轧制的方向相同；

7、步骤五、将步骤四中得到的三火半成品板坯上下表面打磨处理后进行四火分切下料，然后将分切后的三轧板坯放入辊底炉中进行保温热处理，到温计时，待保温热处理结束后进行四火轧制，得到四火半成品板坯；所述四火轧制的总变形量不超过60％，且轧制方向与步骤四中三火轧制的方向垂直；

8、步骤六、将步骤五中得到的四火半成品板坯分切，然后以3～4张分切后的四火半成品板坯为一组，采用钢板进行组包焊接，得到包覆轧制包；

9、步骤七、将步骤六中得到的包覆轧制包进行保温热处理，到温计时，待保温热处理结束后进行包覆轧制，得到半成品钛合金板材；所述包覆轧制的总变形量不超过80％，且轧制方向与步骤五中四火轧制的方向相同；

10、步骤八、将步骤七中得到的半成品钛合金板材进行校形退火处理、水砂和酸洗处理，得到超塑成形用600℃高温钛合金薄板；所述钛合金薄板的厚度为0.8mm～1.2mm。

11、上述的一种超塑成形用600℃高温钛合金薄板制备方法，其特征在于，步骤一中所述高温防氧化涂料为gzh-4，所述保温热处理的保温温度t1＝(tβ-10～25)℃，保温时间t1＝(h1+110～140)min，h1为钛合金板坯料厚，单位为mm；所述一火轧制的道次变形率不大于30％，总轧程不超过4次。

12、上述的一种超塑成形用600℃高温钛合金薄板制备方法，其特征在于，步骤二中所述高温防氧化涂料为gzh-4，所述保温热处理的保温温度t2＝(tβ-50～80)℃，保温时间t2＝(h2+90～120)min，h2为分切后的一火半成品板坯料厚，单位为mm；所述二火轧制的道次变形率不大于30％，总轧程不超过5次。

13、上述的一种超塑成形用600℃高温钛合金薄板制备方法，其特征在于，步骤三中所述保温热处理的保温温度t3＝(tβ+15～30)℃，保温时间t3＝(h3+60～90)min，h3为二火半成品板坯料厚，单位为mm；所述淬火处理的介质为室温循环水。

14、上述的一种超塑成形用600℃高温钛合金薄板制备方法，其特征在于，步骤四中所述高温防氧化涂料为gzh-4；所述保温热处理的保温温度t4＝(tβ-50～80)℃，保温时间t4＝(h3+60～90)min，h3为二火半成品板坯料厚，单位为mm；所述三火轧制的道次变形率不大于25％，总轧程不超过5次。

15、上述的一种超塑成形用600℃高温钛合金薄板制备方法，其特征在于，步骤五中所述保温热处理的保温温度t5＝(tβ-50～80)℃，保温时间t5＝(h4+40～60)min，h4为分切后的三火半成品板坯料厚，单位为mm；所述四火轧制的道次变形率不大于25％，总轧程不超过5次。

16、上述的一种超塑成形用600℃高温钛合金薄板制备方法，其特征在于，步骤六中所述包覆轧制包中钢板的厚度为20mm。

17、上述的一种超塑成形用600℃高温钛合金薄板制备方法，其特征在于，步骤七中所述保温热处理的保温温度t6＝(tβ-50～80)℃，保温时间t6＝(h5+60～90)min，h5为包覆轧制包料厚，单位为mm；所述包覆轧制的道次变形率不大于25％，总轧程不超过8次。

18、上述的一种超塑成形用600℃高温钛合金薄板制备方法，其特征在于，步骤八中所述校形退火处理的温度为550℃～800℃，保温时间为120min～360min。

19、上述的一种超塑成形用600℃高温钛合金薄板制备方法，其特征在于，步骤八中所述超塑成形用600℃高温钛合金薄板的室温抗拉强度为1100mpa以上，屈服强度为1000mpa以上，延伸率为10％以上；600℃抗拉强度为600mpa以上，屈服强度为550mpa以上，延伸率为12％以上，600℃持久强度为200mpa，持久时间为100h以上；在900℃～950℃、拉伸速率10-4s-1～10-3s-1条件下，钛合金薄板的超塑性延伸率为500％以上。

20、本发明中600℃高温钛合金薄板的化学成分(重量百分比)包括：al5.2％～6.5％，sn 3.0％～4.5％，zr 2.5％～4.0％，mo 0.2％～1.2％，si 0.2％～0.6％，ta 0.7％～1.5％，nb 0.2％～0.7％，fe≤0.25％，c 0.04％～0.08％，o≤0.15％，余量为ti。

21、本发明与现有技术相比具有以下优点：

22、1、本发明采用近恒温大变形结合中间淬火的轧制路线，通过控制轧制温度为钛合金β相转变点温度以下，以保证钛合金组织中存在大量的等轴α相，从而保证钛合金薄板具有较高的高温强度，并通过采用较大轧制变形量使得钛合金组织充分破碎，提高再结晶能力，从而有效增加钛合金薄板的超塑性，同时通过采用较少的轧制道次，显著减少温度损失，实现近恒温轧制，降低了轧制过程中开裂的风险，保证了板材的顺利成型，获得超塑成形性能优异且用于600℃的钛合金薄板。

23、2、本发明的制备过程中通过将二火半成品轧板坯在β相区淬火，使得板坯组织中生成较细的片层α，并且可以消除前期轧制过程中形成的变形织构，保证后续变形过程中组织的细化。

24、3、本发明在轧制过程中即四火轧制时采用一次换向，有效降低轧制过程带来的变形织构强度，降低钛合金薄板各向异性，保证后期使用时均匀成形。

25、4、本发明制备的钛合金薄板具有优异的超塑成形性能，在900℃～950℃的超塑性延伸率为500％以上，且在600℃具有较高的屈服强度以优异的高温持久性能，满足航空航天装备构件的需求，填补了600℃高温钛合金超塑性板材制备技术的空白。

26、下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。