本發(fā)明涉及一種tial合金板材的制備方法。
背景技術(shù)：
tial合金具有良好的物理性能和機(jī)械性能，密度不到ni基合金的一半(3.9～4.2g/cm3)，被認(rèn)為是一種發(fā)展?jié)摿薮蟮母邷亟Y(jié)構(gòu)材料。經(jīng)過(guò)多年的研究，tial合金的發(fā)展已進(jìn)入實(shí)用化階段，目前通過(guò)鑄造、鍛造以及超塑性成形方法制備的tial合金導(dǎo)彈尾翼、汽車排氣閥和發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片已廣泛應(yīng)用到航空航天飛行器以及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域。但是隨著航空、航天技術(shù)快速的發(fā)展，為進(jìn)一步提高飛行器的綜合性能，對(duì)飛行器整體的減重和續(xù)航能力提出了更高的要求，傳統(tǒng)的高溫ti合金的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了極限，而ni基合金由于密度大問(wèn)題限制了其推廣應(yīng)用，因此對(duì)tial合金的制備提出了新的挑戰(zhàn)。
tial合金板材可用于制備飛行器的蒙皮、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體、直升飛機(jī)的噴嘴等，可以大幅度減輕飛行器的重量，應(yīng)用前景廣闊。但是tial合金的熱加工窗口窄、高溫變形難，在熱加工軋制過(guò)程中很容易產(chǎn)生裂紋等缺陷，尤其對(duì)于傳統(tǒng)的非等溫軋制大尺寸tial合金板材，軋制過(guò)程中溫降過(guò)快，導(dǎo)致tial合金板材尾端很容易產(chǎn)生裂紋，裂紋一旦產(chǎn)生在后續(xù)的軋制過(guò)程中會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展，導(dǎo)致板材整體的斷裂。另外，由于軋制過(guò)程中殘余應(yīng)力的存在以及組織的不均勻性，導(dǎo)致在后續(xù)的機(jī)械加工去除包套容易產(chǎn)生斷裂，制約了大尺寸tial合金的生產(chǎn)及實(shí)際工程化應(yīng)用。現(xiàn)有的tial合金板材制備技術(shù)(即非等溫軋制技術(shù))很難獲得大尺寸、高質(zhì)量的合金板材，目前，采用此技術(shù)制備的tial合金板材最大尺寸僅為800mm×400mm×1mm，室溫塑性小于2％。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是要解決由于tial合金熱加工窗口窄，非等溫軋制過(guò)程中的溫降導(dǎo)致制備大尺寸tial合金板材過(guò)程中板材容易開(kāi)裂、成形難的問(wèn)題，以及機(jī)械加工去除包套過(guò)程中板材二次斷裂的問(wèn)題，而提供一種大尺寸beta-gammatial合金板材的制備方法。
一種大尺寸beta-gammatial合金板材的制備方法具體是按以下步驟完成的：
一、tial合金坯料的制備：
采用tial二次鍛造開(kāi)坯的方法制得tial合金預(yù)制坯料，然后將tial合金預(yù)制坯料進(jìn)行熱等靜壓處理，熱等靜壓溫度為1000℃～1250℃，熱等靜壓壓力為140mpa～200mpa，熱等靜壓時(shí)間為1h～5h，再采用機(jī)械加工的方法將熱等靜壓處理后的tial合金預(yù)制坯料加工成塊體坯料，得到tial合金坯料；
步驟一中所述的tial合金的名義化學(xué)成分為ti-(40～45)al-(7～9)x-(0.1～0.5)z(at％)，其中x為beta穩(wěn)定元素，z為微量合金化元素；
步驟一中所述的tial合金坯料的厚度為10mm～30mm，寬度為100mm～500mm，長(zhǎng)度為300mm～500mm；
二、加工包套：
采用機(jī)械加工的方法將包套材料加工成與tial合金坯料尺寸相對(duì)應(yīng)的凹槽包套；
步驟二中所述的包套材料為不銹鋼、純鈦或者鈦合金；
步驟二中所述的凹槽包套與tial合金坯料的厚度比為(1～3):1；
三、噴涂玻璃潤(rùn)滑劑：
采用機(jī)械加工的方法將tial合金坯料進(jìn)行表面打磨，得到表面光潔的tial合金坯料，將表面光潔的tial合金坯料以及凹槽包套內(nèi)側(cè)噴涂1mm～5mm厚的玻璃潤(rùn)滑劑，得到涂有潤(rùn)滑劑的tial合金坯料及涂有潤(rùn)滑劑的凹槽包套；
四、封焊tial合金坯料：
將涂有潤(rùn)滑劑的tial合金坯料放入涂有潤(rùn)滑劑的凹槽包套中，再利用釬焊的方法進(jìn)行封焊，得到包套的tial合金坯料；
五、高溫軋制階段：
將包套的tial合金坯料在溫度為1240℃～1300℃的熱處理爐中保溫1h～5h，得到預(yù)處理后的包套tial合金坯料，將軋機(jī)的軋輥進(jìn)行預(yù)加熱處理，將預(yù)處理后的包套tial合金坯料放到軋機(jī)上進(jìn)行非等溫軋制，軋制速度為10mm/s～150mm/s，道次變形量為5％～30％，軋制總變形量為50％～95％，道次間回爐保溫溫度為1240℃～1300℃，保溫時(shí)間為15min～60min，得到軋件；
六、均勻化熱處理去除殘余應(yīng)力：
將軋件置于溫度為850℃～1100℃的條件下進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為4h～8h，然后隨爐冷卻到室溫，得到帶有包套的tial合金板材；
七、機(jī)械加工去除包套：
采用機(jī)械加工的方法去除帶有包套的tial合金板材上的包套，得到大尺寸beta-gammatial合金板材。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明在tial合金軋制前，包套內(nèi)部涂有一定厚度的玻璃潤(rùn)滑劑，一方面可以提高軋制過(guò)程板材與包套之間相對(duì)的潤(rùn)滑作用，另一方面可以有效防止tial合金在高溫變形中的氧化行為，同時(shí)潤(rùn)滑劑涂層相對(duì)越厚，越有利于后期的機(jī)械加工去除包套。
2、本發(fā)明軋制前對(duì)軋機(jī)的軋輥進(jìn)行預(yù)加熱，可以減小軋制過(guò)程中的溫降差，另外選擇較高的初始軋制溫度，可以提高tial合金板材尾端的終軋溫度，有效避免了軋制過(guò)程中板材開(kāi)裂的問(wèn)題。
3、本發(fā)明軋制后對(duì)包套的tial合金板材進(jìn)行熱處理去除殘余應(yīng)力，可以均勻化tial合金板材的組織，提高tial合金板材的綜合力學(xué)性能，另外殘余應(yīng)力的消除可以防止機(jī)械加工拆除包套過(guò)程中板材的斷裂。
本發(fā)明獲得尺寸為(1000～1500mm)×(300～500mm)×(1～3mm)的大尺寸beta-gammatial合金板材，室溫抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到900mpa以上，室溫塑性可以達(dá)到2％以上。
本發(fā)明用于一種大尺寸beta-gammatial合金板材的制備方法。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式是一種大尺寸beta-gammatial合金板材的制備方法具體是按以下步驟完成的：
一、tial合金坯料的制備：
采用tial二次鍛造開(kāi)坯的方法制得tial合金預(yù)制坯料，然后將tial合金預(yù)制坯料進(jìn)行熱等靜壓處理，熱等靜壓溫度為1000℃～1250℃，熱等靜壓壓力為140mpa～200mpa，熱等靜壓時(shí)間為1h～5h，再采用機(jī)械加工的方法將熱等靜壓處理后的tial合金預(yù)制坯料加工成塊體坯料，得到tial合金坯料；
步驟一中所述的tial合金的名義化學(xué)成分為ti-(40～45)al-(7～9)x-(0.1～0.5)z(at％)，其中x為beta穩(wěn)定元素，z為微量合金化元素；
步驟一中所述的tial合金坯料的厚度為10mm～30mm，寬度為100mm～500mm，長(zhǎng)度為300mm～500mm；
二、加工包套：
采用機(jī)械加工的方法將包套材料加工成與tial合金坯料尺寸相對(duì)應(yīng)的凹槽包套；
步驟二中所述的包套材料為不銹鋼、純鈦或者鈦合金；
步驟二中所述的凹槽包套與tial合金坯料的厚度比為(1～3):1；
三、噴涂玻璃潤(rùn)滑劑：
采用機(jī)械加工的方法將tial合金坯料進(jìn)行表面打磨，得到表面光潔的tial合金坯料，將表面光潔的tial合金坯料以及凹槽包套內(nèi)側(cè)噴涂1mm～5mm厚的玻璃潤(rùn)滑劑，得到涂有潤(rùn)滑劑的tial合金坯料及涂有潤(rùn)滑劑的凹槽包套；
四、封焊tial合金坯料：
將涂有潤(rùn)滑劑的tial合金坯料放入涂有潤(rùn)滑劑的凹槽包套中，再利用釬焊的方法進(jìn)行封焊，得到包套的tial合金坯料；
五、高溫軋制階段：
將包套的tial合金坯料在溫度為1240℃～1300℃的熱處理爐中保溫1h～5h，得到預(yù)處理后的包套tial合金坯料，將軋機(jī)的軋輥進(jìn)行預(yù)加熱處理，將預(yù)處理后的包套tial合金坯料放到軋機(jī)上進(jìn)行非等溫軋制，軋制速度為10mm/s～150mm/s，道次變形量為5％～30％，軋制總變形量為50％～95％，道次間回爐保溫溫度為1240℃～1300℃，保溫時(shí)間為15min～60min，得到軋件；
六、均勻化熱處理去除殘余應(yīng)力：
將軋件置于溫度為850℃～1100℃的條件下進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為4h～8h，然后隨爐冷卻到室溫，得到帶有包套的tial合金板材；
七、機(jī)械加工去除包套：
采用機(jī)械加工的方法去除帶有包套的tial合金板材上的包套，得到大尺寸beta-gammatial合金板材。
具體實(shí)施方式的有益效果：
1、本具體實(shí)施方式在tial合金軋制前，包套內(nèi)部涂有一定厚度的玻璃潤(rùn)滑劑，一方面可以提高軋制過(guò)程板材與包套之間相對(duì)的潤(rùn)滑作用，另一方面可以有效防止tial合金在高溫變形中的氧化行為，同時(shí)潤(rùn)滑劑涂層相對(duì)越厚，越有利于后期的機(jī)械加工去除包套。
2、本具體實(shí)施方式軋制前對(duì)軋機(jī)的軋輥進(jìn)行預(yù)加熱，可以減小軋制過(guò)程中的溫降差，另外選擇較高的初始軋制溫度，可以提高tial合金板材尾端的終軋溫度，有效避免了軋制過(guò)程中板材開(kāi)裂的問(wèn)題。
3、本具體實(shí)施方式軋制后對(duì)包套的tial合金板材進(jìn)行熱處理去除殘余應(yīng)力，可以均勻化tial合金板材的組織，提高tial合金板材的綜合力學(xué)性能，另外殘余應(yīng)力的消除可以防止機(jī)械加工拆除包套過(guò)程中板材的斷裂。
本具體實(shí)施方式獲得尺寸為(1000～1500mm)×(300～500mm)×(1～3mm)的大尺寸beta-gammatial合金板材，室溫抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到900mpa以上，室溫塑性可以達(dá)到2％以上。
具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同點(diǎn)是：步驟一中所述的beta穩(wěn)定元素為cr、v和mn中的一種或其中幾種的混合。其他步驟與具體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二之一不同點(diǎn)是：步驟三中將表面光潔的tial合金坯料以及凹槽包套內(nèi)側(cè)噴涂1.5mm～3mm厚的玻璃潤(rùn)滑劑。其他步驟與具體實(shí)施方式一或二相同。
具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同點(diǎn)是：步驟五中將包套的tial合金坯料在溫度為1240℃～1270℃的熱處理爐中保溫3h～5h，得到預(yù)處理后的包套tial合金坯料，將軋機(jī)的軋輥進(jìn)行預(yù)加熱處理，將預(yù)處理后的包套tial合金坯料放到軋機(jī)上進(jìn)行非等溫軋制，軋制速度為10mm/s～80mm/s，道次變形量為5％～15％，軋制總變形量為50％～95％，道次間回爐保溫溫度為1240℃～1270℃，保溫時(shí)間為30min～60min，得到軋件。其他步驟與具體實(shí)施方式一至三相同。
具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同點(diǎn)是：步驟五中將包套的tial合金坯料在溫度為1270℃～1300℃的熱處理爐中保溫1h～3h，得到預(yù)處理后的包套tial合金坯料，將軋機(jī)的軋輥進(jìn)行預(yù)加熱處理，將預(yù)處理后的包套tial合金坯料放到軋機(jī)上進(jìn)行非等溫軋制，軋制速度為80mm/s～150mm/s，道次變形量為15％～30％，軋制總變形量為65％～95％，道次間回爐保溫溫度為1270℃～1300℃，保溫時(shí)間為15min～30min，得到軋件。其他步驟與具體實(shí)施方式一至四相同。
具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至五之一不同點(diǎn)是：步驟六中將軋件置于溫度為850℃～950℃的條件下進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為4h～8h，然后隨爐冷卻到室溫，得到帶有包套的tial合金板材。其他步驟與具體實(shí)施方式一至五相同。
具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至六之一不同點(diǎn)是：步驟六中將軋件置于溫度為950℃～1100℃的條件下進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為4h～8h，然后隨爐冷卻到室溫，得到帶有包套的tial合金板材。其他步驟與具體實(shí)施方式一至六相同。
具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至七之一不同點(diǎn)是：步驟一中所述的tial合金的名義化學(xué)成分為ti-43al-9v-0.3y(at％)。其他步驟與具體實(shí)施方式一至七相同。
具體實(shí)施方式九：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至八之一不同點(diǎn)是：步驟五中將包套的tial合金坯料在溫度為1260℃～1280℃的熱處理爐中保溫1h～3h，得到預(yù)處理后的包套tial合金坯料，將軋機(jī)的軋輥進(jìn)行預(yù)加熱處理，將預(yù)處理后的包套tial合金坯料放到軋機(jī)上進(jìn)行非等溫軋制，軋制速度為30mm/s～150mm/s，道次變形量為5％～30％，軋制總變形量為50％～95％，道次間回爐保溫溫度為1260℃～1280℃，保溫時(shí)間為15min～60min，得到軋件。其他步驟與具體實(shí)施方式一至八相同。
具體實(shí)施方式十：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至九之一不同點(diǎn)是：步驟二中所述的凹槽包套與tial合金坯料的厚度比為(1～1.5):1。其他步驟與具體實(shí)施方式一至九相同。
具體實(shí)施方式十一：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至十之一不同點(diǎn)是：步驟一中所述的微量合金化元素為b、si、c和y中的一種或其中幾種的混合。其他步驟與具體實(shí)施方式一至十相同。
采用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)名的有益效果：
實(shí)施例一：一種大尺寸beta-gammatial合金板材的制備方法具體是按以下步驟完成的：
一、tial合金坯料的制備：
采用tial二次鍛造開(kāi)坯的方法制得tial合金預(yù)制坯料，然后將tial合金預(yù)制坯料進(jìn)行熱等靜壓處理，熱等靜壓溫度為1250℃，熱等靜壓壓力為160mpa，熱等靜壓時(shí)間為4h，再采用機(jī)械加工的方法將熱等靜壓處理后的tial合金預(yù)制坯料加工成塊體坯料，得到tial合金坯料；
步驟一中所述的tial合金坯料的尺寸為10mm×160mm×500mm；
步驟一中所述的tial合金的名義化學(xué)成分為ti-43al-9v-0.2y(at％)；
二、加工包套：
采用機(jī)械加工的方法將包套材料加工成與tial合金坯料尺寸相對(duì)應(yīng)的凹槽包套；
步驟二中所述的包套材料為304不銹鋼；
步驟二中所述的凹槽包套與tial合金坯料的厚度比為1.5:1；
三、噴涂玻璃潤(rùn)滑劑：
采用機(jī)械加工的方法將tial合金坯料進(jìn)行表面打磨，得到表面光潔的tial合金坯料，將表面光潔的tial合金坯料以及凹槽包套內(nèi)側(cè)噴涂2.5mm厚的玻璃潤(rùn)滑劑，得到涂有潤(rùn)滑劑的tial合金坯料及涂有潤(rùn)滑劑的凹槽包套；
四、封焊tial合金坯料：
將涂有潤(rùn)滑劑的tial合金坯料放入涂有潤(rùn)滑劑的凹槽包套中，再利用釬焊的方法進(jìn)行封焊，得到包套的tial合金坯料；
五、高溫軋制階段：
將包套的tial合金坯料在溫度為1260℃的熱處理爐中保溫3h，得到預(yù)處理后的包套tial合金坯料，將軋機(jī)的軋輥進(jìn)行預(yù)加熱處理，將預(yù)處理后的包套tial合金坯料放到軋機(jī)上進(jìn)行非等溫軋制，軋制速度為80mm/s，道次變形量為15％，軋制總變形量為85％，道次間回爐保溫溫度為1260℃，保溫時(shí)間為20min，得到軋件；
六、均勻化熱處理去除殘余應(yīng)力：
將軋件置于溫度為900℃的條件下進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為6h，然后隨爐冷卻到室溫，得到帶有包套的tial合金板材；
七、機(jī)械加工去除包套：
采用機(jī)械加工的方法去除帶有包套的tial合金板材上的包套，得到大尺寸beta-gammatial合金板材。
本實(shí)施例一制備得到的大尺寸beta-gammatial合金板材尺寸為1000mm×510mm×1.5mm，室溫抗拉強(qiáng)度為900mpa，室溫塑性為2％。
實(shí)施例二：一種大尺寸beta-gammatial合金板材的制備方法具體是按以下步驟完成的：
一、tial合金坯料的制備：
采用tial二次鍛造開(kāi)坯的方法制得tial合金預(yù)制坯料，然后將tial合金預(yù)制坯料進(jìn)行熱等靜壓處理，熱等靜壓溫度為1250℃，熱等靜壓壓力為160mpa，熱等靜壓時(shí)間為4h，再采用機(jī)械加工的方法將熱等靜壓處理后的tial合金預(yù)制坯料加工成塊體坯料，得到tial合金坯料；
步驟一中所述的tial合金坯料的尺寸為10mm×180mm×300mm；
步驟一中所述的tial合金的名義化學(xué)成分為ti-43al-4mn-3cr-0.2y(at％)；
二、加工包套：
采用機(jī)械加工的方法將包套材料加工成與tial合金坯料尺寸相對(duì)應(yīng)的凹槽包套；
步驟二中所述的包套材料為304不銹鋼；
步驟二中所述的凹槽包套與tial合金坯料的厚度比為1.5:1；
三、噴涂玻璃潤(rùn)滑劑：
采用機(jī)械加工的方法將tial合金坯料進(jìn)行表面打磨，得到表面光潔的tial合金坯料，將表面光潔的tial合金坯料以及凹槽包套內(nèi)側(cè)噴涂2mm厚的玻璃潤(rùn)滑劑，得到涂有潤(rùn)滑劑的tial合金坯料及涂有潤(rùn)滑劑的凹槽包套；
四、封焊tial合金坯料：
將涂有潤(rùn)滑劑的tial合金坯料放入涂有潤(rùn)滑劑的凹槽包套中，再利用釬焊的方法進(jìn)行封焊，得到包套的tial合金坯料；
五、高溫軋制階段：
將包套的tial合金坯料在溫度為1280℃的熱處理爐中保溫3h，得到預(yù)處理后的包套tial合金坯料，將軋機(jī)的軋輥進(jìn)行預(yù)加熱處理，將預(yù)處理后的包套tial合金坯料放到軋機(jī)上進(jìn)行非等溫軋制，軋制速度為100mm/s，道次變形量為15％，軋制總變形量為75％，道次間回爐保溫溫度為1280℃，保溫時(shí)間為20min，得到軋件；
六、均勻化熱處理去除殘余應(yīng)力：
將軋件置于溫度為1000℃的條件下進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為6h，然后隨爐冷卻到室溫，得到帶有包套的tial合金板材；
七、機(jī)械加工去除包套：
采用機(jī)械加工的方法去除帶有包套的tial合金板材上的包套，得到大尺寸beta-gammatial合金板材。
本實(shí)施例二制備得到的大尺寸beta-gammatial合金板材尺寸為1000mm×310mm×1.8mm，室溫抗拉強(qiáng)度為900mpa，室溫塑性為2％。