CN106623429A - 低氧含量航空钛合金精密薄板材的轧制成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低氧含量航空钛合金精密薄板材的轧制成型方法，该轧制成型方法通过采用特定成分的浸渍液对一次轧制并脱脂后的初轧板材进行浸渍，并进一步再结晶退火、二次轧制，具体步骤如下：采用航空钛合金板为原料，经二十辊轧制、脱脂、浸渍、再结晶退火、二十辊轧机二次冷轧、脱脂、去应力退火、张力矫直、纵切/横切、检验、包装等工序制成。精密钛合金薄板材厚度公差为±0.003mm，镰刀弯为0.1‑0.25mm/1m，表面质量为No.3，晶粒度达到7‑8级，内应力分布均匀，无各向异性，后续塑性成形性好。本发明生产方法简单易行，成本低，产品质量高，生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种航空钛合金精密薄板材的轧制加工方法，具体地说是一种低氧含量航空钛合金精密薄板材的轧制成型方法。
背景技术
为保证飞行器机体结构有足够的强度和刚度，并减轻结构质量，通常采用比强度、比刚度高的材料。在机体结构材料方面，先进复合材料同铝合金、高强度钢、钛合金一起被列为四大结构材料。钛合金材料由于强度高、重量轻、损伤容限高和抗腐蚀性好等特点，一直是代替飞机结构中钢材的理想金属材料。随着飞行器速度的提高，钛合金在机体上的应用明显增加，主要制作飞机后机身和复合材料构件接头、梁等，目前使用最多的是Ti-6Al-4V。钛合金能制成各种薄板、箔材、管材和丝材，代替30CrMnSiA等，是一种比较理想的板金承力构件材料。目前美国已在B-1b、F-15、F-16、F-18、F-22等飞机上应用。F-22结构重量中传统的钢和铝合金占的比重很小，而大量使用了41％的钛合金和27％的复合材料，这有利于提高飞机的隐身性和耐热性，减轻机体重量，增大机体强度。在最新型的民用客机——空客A380上，钛合金的用量已经从原来占空客飞机结构重量的5％～7％增加到10％。
飞行器机体结构常用的结构形式有蒙皮框架结构、整体壁板结构、蜂窝夹层或填料夹层结构、充压薄壳结构等。近年来，飞行器的飞行速度已由亚声速向超声速甚至高超声速发展。当马赫数为2～3时，飞行器表面温度可达200℃～300℃。为此，飞行器的许多构件，如壳体、燃料箱、进气道、尾翼和整流罩骨架等大量选用钛合金。美国采用Ti-6Al-4V钛合金薄板制造的战斧巡航导弹的燃料箱、进气道、尾翼等结构件，质量减轻20％～35％，制造费用可减少20％～60％。作为蒙皮框架结构、整体壁板结构、蜂窝夹层或填料夹层结构、充压薄壳结构原材料的钛合金薄板材的重要性越发凸显。
由于航空钛合金材料轧制性能较差，加之国内厂家轧制技术、设备落后，采用多火次热轧和包复叠轧工艺生产的国产厚度≤1mm(尤其是0.8mm以下)的航空钛合金薄板与国外同类产品存在较大质量差距，普遍存在表面含氧量高、显微组织差、表面平整度低、厚度偏差大等缺点。在后续的钛合金构件成型过程中，常常会造成薄板钣金/卷管、焊接性能差、超塑成形性差、疲劳强度差，导致飞机、导弹等航空航天器钛合金构件尺寸精度难以控制的技术难题。
CN 101817015 B公开了一种低氧含量航空钛合金精密薄板材的轧制成型方法，其采用厚度为1-5mm的航空钛合金板为原料，经过一次冷轧轧制，脱脂，再结晶退火，二次冷轧轧制，脱脂，去应力退火，强力矫直，纵切/横切、检验、包装入库，得到低氧含量航空钛合金精密薄板材成品。但是，该低氧含量航空钛合金精密薄板材成品的厚度偏差仍较大，在±0.005mm，镰刀弯较大，在0.3-1mm/1m，且晶粒仍较粗，在后续的钛合金构件成型过程中，仍存在焊接性能差、超塑成形性差、疲劳强度差等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种低氧含量航空钛合金精密薄板材的轧制成型方法。该方法轧制成型的薄板材综合性能优越，其厚度公差为±0.003mm，镰刀弯0.1-0.25mm/1m，表面质量为NO.3，晶粒度达到7-8级，充分满足了航空航天器构件材料的性能需要，且生产方法简单易行，成本低，效率高。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种低氧含量航空钛合金精密薄板材的轧制成型方法，所述轧制成型方法通过两次二十辊轧机冷轧轧制，并在一次冷轧轧制并脱脂完成后，用特定的浸渍液进行浸渍，得到低氧含量航空钛合金精密薄板材，具体步骤如下：
1)原料准备，采用厚度为1-5mm的航空钛合金板为原料；
2)将原料进行二十辊轧机一次冷轧轧制，得到初轧板材；
3)将初轧板材脱脂；
4)采用浸渍液对脱脂后的初轧板材进行浸渍；
5)将浸渍后的初轧板材在还原或惰性气氛保护下进行再结晶退火，冷却；
6)将再结晶退火后的初轧板材进行二十辊轧机二次冷轧轧制，得到薄板材；
7)将得到的薄板材脱脂；
8)将脱脂后的薄板材在还原或惰性气氛保护下进行去应力退火，冷却；
9)将去应力退火后的薄板材进行张力矫直、纵切/横切、检验、包装入库，得到低氧含量航空钛合金精密薄板材成品。
优选地，步骤1)中，航空钛合金板原料为TC4或TA15。
优选地，步骤4)中，浸渍液的成分组成为Ti(SO4)2 60-65g/L，BiCl3 50-60g/L，Fe3O4 0.02-0.04g/L，La2O3 6-8.5g/L，余量为水。
优选地，Ti(SO4)2的含量为60-65g/L，例如可为60g/L、62g/L、63g/L、64g/L或65g/L等。
优选地，BiCl3的含量为50-60g/L，例如可为50g/L、52g/L、55g/L、57.5g/L或60g/L等。
优选地，Fe3O4的含量为0.02-0.04g/L，例如可为0.02g/L、0.03g/L、0.035g/L或0.04g/L等。
优选地，La2O3的含量为6-8.5g/L，例如可为6g/L、7g/L、7.5g/L、8g/L或8.5g/L等。
优选地，步骤4)浸渍的温度为70-85℃，例如可为70℃、73℃、75℃、78℃、80℃或85℃等。
优选地，步骤4)浸渍的时间为4-9h，例如可为4h、5h、6.5h、7.5h、8h或9h等。
优选地，步骤5)再结晶退火的温度为800-830℃。
优选地，步骤5)再结晶退火的时间为15-25分钟。
优选地，步骤6)中，二十辊轧机的工作辊表面粗糙度控制在Ra0.2-0.3μm，二十辊轧机二次冷轧道次变形率50-65％。
优选地，步骤8)中去应力退火温度为550-620℃，去应力退火的时间15-20分钟。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过采用特定成分的浸渍液对一次轧制并脱脂后的初轧板材进行浸渍，并进一步再结晶退火、二次轧制，使得得到的低氧含量航空钛合金精密薄板材综合性能优越，其厚度公差为±0.003mm，镰刀弯0.1-0.25mm/1m，表面质量为NO.3，晶粒度达到7-8级，充分满足了航空航天器构件材料的性能需要。生产方法简单易行，成本低，效率高。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
采用厚度为5mm的冷轧2B表面的TC4钛合金薄板为原料，经二十辊轧机轧制、脱脂、浸渍、光亮退火、二十辊轧机二次冷轧、脱脂、光亮退火、张力矫直、纵切/横切、检验、包装入库等工序制成。其中，浸渍液的成分组成为：Ti(SO4)2 60g/L，BiCl3 60g/L，Fe3O4 0.02g/L，La2O3 8.5g/L，余量为水；浸渍的温度为70℃，浸渍的时间为9h；二十辊轧机二次冷轧中的工作辊表面粗糙度为Ra0.2μm，道次变形率65％；再结晶退火温度为800℃，保温时间25分钟，还原气氛保护，快速冷却；去应力退火温度为550℃，保温时间20分钟，还原气氛保护，快速冷却。所制得的低氧含量航空钛合金精密薄板材表面没有任何富氧层、α层等表面污染层，内应力分布均匀，无各向异性，后续塑性成形性好。其厚度为0.8mm±0.003mm，镰刀弯为0.1mm/1m，表面质量为No.3，晶粒度达到7级。
实施例2
采用厚度为3mm的冷轧2B表面的TC4钛合金薄板为原料，经二十辊轧机轧制、脱脂、浸渍、光亮退火、二十辊轧机二次冷轧、脱脂、光亮退火、张力矫直、纵切/横切、检验、包装入库等工序制成。其中，浸渍液的成分组成为：Ti(SO4)2 65g/L，BiCl3 50g/L，Fe3O4 0.04g/L，La2O3 6g/L，余量为水；浸渍的温度为85℃，浸渍的时间为4h；二十辊轧机二次冷轧中的工作辊表面粗糙度为Ra0.3μm，道次变形率50％；再结晶退火温度为830℃，保温时间15分钟，还原气氛保护，快速冷却；去应力退火温度为620℃，保温时间15分钟，还原气氛保护，快速冷却。所制得的低氧含量航空钛合金精密薄板材表面应没有任何富氧层、α层等表面污染层，内应力分布均匀，无各向异性，后续塑性成形性好。其厚度为0.5mm±0.003mm，镰刀弯为0.15mm/1m，表面质量为No.3，晶粒度达到8级。
实施例3
采用厚度为1mm的冷轧2B表面的TA15钛合金薄板为原料，经二十辊轧机轧制、脱脂、浸渍、光亮退火、二十辊轧机二次冷轧、脱脂、光亮退火、张力矫直、纵切/横切、检验、包装入库等工序制成。其中，浸渍液的成分组成为：Ti(SO4)2 62g/L，BiCl3 55g/L，Fe3O40.03g/L，La2O3 7.5g/L，余量为水；浸渍的温度为78℃，浸渍的时间为5h；二十辊轧机二次冷轧中的工作辊表面粗糙度为Ra0.25μm，道次变形率60％；再结晶退火温度为815℃，保温时间20分钟，还原气氛保护，快速冷却；去应力退火温度为590℃，保温时间17分钟，还原气氛保护，快速冷却。所制得的低氧含量航空钛合金精密薄板材表面应没有任何富氧层、α层等表面污染层，内应力分布均匀，无各向异性，后续塑性成形性好。其厚度为0.3mm±0.003mm，镰刀弯为0.2mm/1m，表面质量为No.3，晶粒度达到7级。
实施例4
采用厚度为1mm的冷轧2B表面的TA15钛合金薄板为原料，经二十辊轧机轧制、脱脂、浸渍、光亮退火、二十辊轧机二次冷轧、脱脂、光亮退火、张力矫直、纵切/横切、检验、包装入库等工序制成。其中，浸渍液的成分组成为：Ti(SO4)2 63g/L，BiCl3 56g/L，Fe3O40.025g/L，La2O3 7g/L，余量为水；浸渍的温度为77℃，浸渍的时间为6h；二十辊轧机二次冷轧中的工作辊表面粗糙度为Ra0.28μm，道次变形率55％；再结晶退火温度为820℃，保温时间20分钟，还原气氛保护，快速冷却；去应力退火温度为610℃，保温时间16分钟，还原气氛保护，快速冷却。所制得的低氧含量航空钛合金精密薄板材表面应没有任何富氧层、α层等表面污染层，内应力分布均匀，无各向异性，后续塑性成形性好。其厚度为0.4mm±0.003mm，镰刀弯为0.22mm/1m，表面质量为No.3，晶粒度达到8级。
本发明生产方法简单易行，成本低，得到的低氧含量航空钛合金精密薄板材综合性能优越，充分满足了航空航天器构件材料的性能需要。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种低氧含量航空钛合金精密薄板材的轧制成型方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)原料准备，采用厚度为1-5mm的航空钛合金板为原料；
2)将原料进行二十辊轧机一次冷轧轧制，得到初轧板材；
3)将初轧板材脱脂；
4)采用浸渍液对脱脂后的初轧板材进行浸渍；
5)将浸渍后的板材在还原或惰性气氛保护下进行再结晶退火，冷却；
6)将再结晶退火后的初轧板材进行二十辊轧机二次冷轧轧制，得到薄板材；
7)将得到的薄板材脱脂；
8)将脱脂后的薄板材在还原或惰性气氛保护下进行去应力退火，冷却；
9)将去应力退火后的薄板材进行张力矫直、纵切/横切、检验、包装入库，得到低氧含量航空钛合金精密薄板材成品。
2.根据权利要求1所述的低氧含量航空钛合金精密薄板材的轧制成型方法，其特征在于，所述浸渍液的成分组成为：Ti(SO4)2 60-65g/L，BiCl3 50-60g/L，Fe3O4 0.02-0.04g/L，La2O3 6-8.5g/L，余量为水。
3.根据权利要求1所述的低氧含量航空钛合金精密薄板材的轧制成型方法，其特征在于，所述浸渍的温度为70℃-85℃。
4.根据权利要求1所述的低氧含量航空钛合金精密薄板材的轧制成型方法，其特征在于，所述浸渍的时间为4-9h。
5.根据权利要求1-4任一项所述的低氧含量航空钛合金精密薄板材的轧制成型方法，其特征在于，所述再结晶退火的温度为800-830℃。
6.根据权利要求1-5任一项所述的低氧含量航空钛合金精密薄板材的轧制成型方法，其特征在于，所述再结晶退火的时间为15-25分钟。
7.根据权利要求1-6任一项所述的低氧含量航空钛合金精密薄板材的轧制成型方法，其特征在于，所述二十辊轧机二次冷轧轧制过程中，二十辊轧机的工作辊表面粗糙度控制在Ra0.2-0.3μm，二十辊轧机二次冷轧道次变形率50-65％。
8.根据权利要求1所述的低氧含量航空钛合金精密薄板材的轧制成型方法，其特征在于，所述去应力退火的温度为550-620℃。
9.根据权利要求1所述的低氧含量航空钛合金精密薄板材的轧制成型方法，其特征在于，所述去应力退火的时间为15-20分钟。
10.根据权利要求1-9任一项所述的低氧含量航空钛合金精密薄板材的轧制成型方法，其特征在于，所述航空钛合金板原料为TC4或TA15。
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