CN112371725A - 一种tc4钛合金扁锭开坯轧制方法及tc4钛合金板材 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种TC4钛合金扁锭开坯轧制方法及TC4钛合金板材,开坯轧制方法包括,步骤一,将TC4钛合金扁锭加热至相变温度以上,并进行保温处理,得到待轧坯料一;步骤二,对步骤一中的待轧坯料喷涂抗氧化涂层,得到待轧坯料二;步骤三,对步骤二得到的待轧坯料二进行开坯轧制,往复进行多道次轧制得到坯料;步骤四,将步骤三中得到的坯料放置在矫直机上进行初步矫直,得到开坯轧制后的TC4钛合金板材,本发明的开坯轧制方法,采用电子束冷床熔炼TC4钛合金扁锭作为材料,省略了真空自耗电弧熔炼TC4钛合金圆锭多次开坯锻造过程,缩短了工艺流程,提高了TC4钛合金板材的生产效率,并且采用本发明的方法所得到的板材内部晶粒破碎完全,表面质量优良。
Description
技术领域
本发明属于材料塑性成形技术领域,具体涉及一种TC4钛合金扁锭开坯轧制方法及TC4钛合金板材。
背景技术
TC4(Ti6Al4V)钛合金具有较高的强度、良好的耐腐蚀性等特点,在航空航天等领域有着广泛的应用,但是TC4钛合金生产成本过高。近年来钛合金的研究逐渐向低成本、高性能领域发展,因此,寻找TC4钛合金的高效率生产途径是TC4(Ti6Al4V)钛合金走向广泛发展的必经道路。
目前,TC4钛合金板材生产主要流程是采用真空自耗电弧熔炼TC4钛合金圆锭,该生产工艺需要经过多次开坯锻造形成锻坯,然后通过两辊孔型轧制等方法轧制成板材,生产工艺流程较长,生产效率低,并且制得的TC4钛合金板材表面粗糙且出现裂缝等现象,造成TC4钛合金板材的使用寿命短,严重的影响了TC4钛合金的广泛发展和应用。
发明内容
针对现有制备技术的缺陷和不足,本发明的目的是提供了一种TC4钛合金扁锭开坯轧制方法及TC4钛合金板材,解决了现有技术中采用真空自耗电弧熔炼TC4钛合金圆锭,该生产工艺需要经过多次开坯锻造形成锻坯,然后通过两辊孔型轧制等方法轧制成板材,生产工艺流程较长,生产效率低,并且制得的TC4钛合金板材表面粗糙且出现裂缝等现象,造成了TC4钛合金板材的使用寿命短,严重的影响了TC4钛合金的广泛发展和应用的问题。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案予以实现:
一种TC4钛合金扁锭开坯轧制方法,所述开坯轧制方法包括以下步骤:
步骤一,将TC4钛合金扁锭加热至相变温度以上,并进行保温处理,得到待轧坯料一;
步骤二,对步骤一中的待轧坯料喷涂抗氧化涂层,得到待轧坯料二;
步骤三,对步骤二得到的待轧坯料二沿着垂直于晶粒生长方向进行开坯轧制,往复进行多道次轧制得到坯料;
步骤四,将步骤三中得到的坯料放置在矫直机上进行初步矫直,得到开坯轧制后的TC4钛合金板材。
可选的,所述步骤一中,TC4钛合金扁锭加热至相变温度以上50℃~200℃,保温时间为30min~90min。
可选的,所述步骤三中,开坯轧制中每道次变形量为15%~30%,开坯轧制累积变形量为40%~70%。
可选的,所述步骤三中,轧制速度为0.1m/s~5m/s。
可选的,所述步骤一中,采用电子束冷床熔炼将TC4钛合金扁锭加热至相变温度以上。
可选的,所述喷涂抗氧化涂层为硅硼酸盐玻璃粉。
一种TC4钛合金板材,所述TC4钛合金板材采用如上所述的一种TC4钛合金扁锭开坯轧制方法制备。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(Ⅰ)本发明的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法,采用TC4钛合金扁锭作为材料,省略了真空自耗电弧熔炼TC4钛合金圆锭多次开坯锻造过程,缩短了工艺流程,提高了TC4钛合金板材的生产效率,并且采用本发明的方法所得到的板材内部晶粒破碎完全,表面质量优良。
(Ⅱ)本发明的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法,通过将轧制速度控制在0.1m/s~5m/s,可以有效地使原始晶粒破碎防止轧制过程中变形抗力过大以及金属塑性流动不均匀而出现边裂或龟裂等现象,使得制得的TC4钛合金板材表面质量好,无明显裂纹。
(Ⅲ)本发明的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法,采用电子束冷床熔炼TC4钛合金扁锭,熔炼后得到的TC4钛合金仍然保持扁锭的形状,便于后面工艺的顺利进行,节省了TC4钛合金板材的轧制工艺流程,提高了TC4钛合金板材的生产效率。
(Ⅳ)本发明的TC4钛合金板材表面光滑无裂缝,能够广泛的用于航空航天等领域,使用寿命长。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
附图说明
图1为本发明的轧制方法工艺流程示意图。
图2为本发明实施例1制得的TC4钛合金板材的显微组织图。
图3为本发明实施例1制得的TC4钛合金板材的成品图。
图4为本发明实施例2制得的TC4钛合金板材的显微组织图。
图5为本发明实施例2制得的TC4钛合金板材的成品图。
图6为本发明实施例3制得的TC4钛合金板材显微组织图。
图7为本发明实施例3制得的TC4钛合金板材的成品图。
图8为本发明对比例1制得的TC4钛合金板材显微组织图。
图9为本发明对比例1制得的TC4钛合金板材的成品图。
图10为本发明对比例2与对比例3制得的TC4钛合金板材显微组织图。
图11为本发明对比例2与对比例3制得的TC4钛合金板材的成品图。
图12为本发明对比例4制得的TC4钛合金板材显微组织图。
图13为本发明对比例4制得的TC4钛合金板材的成品图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行说明,但本发明不限于以下的实施例,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
TC4钛合金,采用连续升温法测得该合金相变温度为1000℃。
实施例1
本实施例给出一种TC4钛合金扁锭开坯轧制方法,如图1所示,采用发明电子束冷床熔炼TC4钛合金扁锭加热至1050℃,进行保温处理30min,得到待轧坯料一,对坯料一喷涂硅硼酸盐玻璃粉后得到待轧坯料二,对坯料二进行开坯轧制,轧制速度为0.1m/s,沿垂直于晶粒生长方向往复轧制三道次,每道次的变形量为15%~20%,累积变形量40%得到坯料,将坯料放置在矫直机上进行初步矫直,得到开坯轧制后的TC4钛合金板材。
其中,涂硅硼酸盐玻璃粉是为了防止在高温加热过程中TC4钛合金与空气中的氧气发生反应氧化生锈,采用电子束冷床熔炼的目的是为了熔炼后得到的TC4钛合金仍然保持扁锭的形状,便于后面工艺的顺利进行;TC4钛合金扁锭在电子束冷床熔炼过程中,晶粒生长方向是沿着TC4钛合金扁锭的长度方向,因此,TC4钛合金扁锭的长度方向为晶粒生长方向,沿着垂直于TC4钛合金扁锭的长度的方向轧制即为沿垂直于晶粒生长方向轧制。
如图2所示,为本实施例的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法制得的TC4钛合金板材的显微组织图,从图中可以看出,显微组织为典型的等轴α组织,等轴组织分布均匀,等轴α相大小约5um~12um,代表TC4钛合金原始晶粒破碎程度较好,图3为本实施例的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法制得的TC4钛合金板材的成品图,根据图中所示,TC4钛合金板材板型平直、表面光滑无裂纹。
实施例2
本实施例给出一种TC4钛合金扁锭开坯轧制方法,如图1所示,采用发明电子束冷床熔炼TC4钛合金扁锭加热至1200℃,进行保温处理90min,得到待轧坯料一,对坯料一喷涂硅硼酸盐玻璃粉后得到待轧坯料二,对坯料二进行开坯轧制,轧制速度为5m/s,沿垂直于晶粒生长方向往复轧制三道次,每道次的变形量为25%~30%,累积变形量70%得到坯料,将坯料放置在矫直机上进行初步矫直,得到开坯轧制后的TC4钛合金板材。
其中,涂硅硼酸盐玻璃粉是为了防止在高温加热过程中TC4钛合金与空气中的氧气发生反应氧化生锈,采用电子束冷床熔炼的目的是为了熔炼后得到的TC4钛合金仍然保持扁锭的形状,便于后面工艺的顺利进行;TC4钛合金扁锭在电子束冷床熔炼过程中,晶粒生长方向是沿着TC4钛合金扁锭的长度方向,因此,TC4钛合金扁锭的长度方向为晶粒生长方向,沿着垂直于TC4钛合金扁锭的长度的方向轧制即为沿垂直于晶粒生长方向轧制。。
如图4所示,为本实施例的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法制得的TC4钛合金板材的显微组织图,从图中可以看出,显微组织为等轴α相和短棒状α相,α相大小约3um~15um,代表TC4钛合金原始晶粒破碎程度较好,图5为本实施例的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法制得的TC4钛合金板材的成品图,根据图中所示,TC4钛合金板材板型平直、表面光滑无裂纹。
实施例3
本实施例给出一种TC4钛合金扁锭开坯轧制方法,如图1所示,采用发明电子束冷床熔炼TC4钛合金扁锭加热至1100℃,进行保温处理60min,得到待轧坯料一,对坯料一喷硼酸盐玻璃粉后得到待轧坯料二,对坯料二进行开坯轧制,轧制速度为2m/s,沿垂直于晶粒生长方向往复轧制三道次,每道次的变形量为20%~25%,累积变形量50%得到坯料,将坯料放置在矫直机上进行初步矫直,得到开坯轧制后的TC4钛合金板材。
其中,涂硅硼酸盐玻璃粉是为了防止在高温加热过程中TC4钛合金与空气中的氧气发生反应氧化生锈,采用电子束冷床熔炼的目的是为了熔炼后得到的TC4钛合金仍然保持扁锭的形状,便于后面工艺的顺利进行;TC4钛合金扁锭在电子束冷床熔炼过程中,晶粒生长方向是沿着TC4钛合金扁锭的长度方向,因此,TC4钛合金扁锭的长度方向为晶粒生长方向,沿着垂直于TC4钛合金扁锭的长度的方向轧制即为沿垂直于晶粒生长方向轧制。
如图6所示,为本实施例的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法制得的TC4钛合金板材的显微组织图,从图中可以看出,显微组织为细小均匀的短棒状α相和部分等轴α相,α相约3um~9um,代表TC4钛合金原始晶粒破碎程度较好,图7为本实施例的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法制得的TC4钛合金板材的成品图,根据图中所示,TC4钛合金板材板型平直、表面光滑无裂纹,其中图中黑色部分为抗氧化涂层掉落,并非缺陷。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于,采用发明电子束冷床熔炼TC4钛合金扁锭加热至980℃,保温100min,其余条件均保持不变。
如图8所示,为本对比例的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法制得的TC4钛合金板材的显微组织图,从图中可以看出显微组织为大量的片层组织,几乎无等轴α相存在,并且出现了片层弯折现象,α片层组织厚度约2um,图9为本实施例的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法制得的TC4钛合金板材的成品图,根据图中所示,TC4钛合金板材出现了严重的边裂现象,实际测得裂纹深度约10mm~26mm,严重的边裂现象需要对板材进切边处理,极大地增加了生产成本并破坏了板材的规格,难以达到所需尺寸要求,并且裂纹的扩展使得板材内部可能存在微小裂纹,降低了板材的力学性能,同时所得到的板材基本无法得到实际应用。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于,轧制速度为10m/s,沿任意方向往复轧制,其余条件均保持不变。
如图10所示,为本对比例的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法制得的TC4钛合金板材的显微组织图,从图10中可以看出显微组织为明显的片层α组织和少量的短棒状α组织,大部分晶粒轧制后沿轧制方向拉长,说明TC4钛合金原始晶粒破碎程度较差,原始晶粒并未得到充分的破碎,片层α厚度约5um。图11为本实施例的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法制得的TC4钛合金板材的成品图,根据图中所示,TC4钛合金板材出现了严重的边裂现象,实际测得裂纹深度约5mm~40mm,同时表面裂纹扩展严重,表面大部分的裂纹存在可能延伸至板材心,若要使用需对板材边部和表面进行切除,但是板材内部微小裂纹无法消除,加工成本增加的同时板材性能不佳,实际使用可能存在安全隐患。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于,开坯轧制沿着任意方向往复轧制,其余条件均保持不变。
如图10所示,为本对比例的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法制得的TC4钛合金板材的显微组织图,从图10中可以看出显微组织为明显的片层α组织和少量的短棒状α组织,大部分晶粒轧制后沿轧制方向拉长,说明TC4钛合金原始晶粒破碎程度较差,原始晶粒并未得到充分的破碎,片层α厚度约5um。图11为本实施例的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法制得的TC4钛合金板材的成品图,根据图中所示,TC4钛合金板材出现了严重的边裂现象,实际测得裂纹深度约5mm~40mm,同时表面裂纹扩展严重,表面大部分的裂纹存在可能延伸至板材心,若要使用需对板材边部和表面进行切除,但是板材内部微小裂纹无法消除,加工成本增加的同时板材性能不佳,实际使用可能存在安全隐患。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于,每道次轧制变形量5%~7%,累积变形量35%,其余条件均保持不变。
如图12所示,为本对比例的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法制得的TC4钛合金板材的显微组织图,从图12中可以看出显微组织为典型的α集束,并且存在明显的原始β晶粒晶界,说明TC4钛合金原始晶粒破碎程度较差,片层厚度约3um,图13为本实施例的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法制得的TC4钛合金板材的成品图,根据图中所示,TC4钛合金板材出现了严重的边裂现象,边部裂纹贯穿,表面存在较深裂纹,若要使用需对板材进行边部切除和表面切除或打磨,极大地增加了加工成本,同时难以满足生产尺寸要求,切除废料较多,增加了材料的损耗,板材心部可能存在微裂纹,使得板材的力学性能降低,板材质量难以满足需求。
Claims (8)
1.一种TC4钛合金扁锭开坯轧制方法,其特征在于,所述开坯轧制方法包括以下步骤:
步骤一,将TC4钛合金扁锭加热至相变温度以上,并进行保温处理,得到待轧坯料一;
步骤二,对步骤一中的待轧坯料喷涂抗氧化涂层,得到待轧坯料二;
步骤三,对步骤二得到的待轧坯料二进行开坯轧制,往复进行多道次轧制得到坯料;
步骤四,将步骤三中得到的坯料放置在矫直机上进行初步矫直,得到开坯轧制后的TC4钛合金板材。
2.如权利要求1所述的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法,其特征在于,所述步骤一中,TC4钛合金扁锭加热至相变温度以上50℃~200℃,保温时间为30min~90min。
3.如权利要求1所述的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法,其特征在于,所述步骤三中,开坯轧制中每道次变形量为15%~30%,开坯轧制累积变形量为40%~70%。
4.如权利要求1所述的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法,其特征在于,所述步骤三中,轧制速度为0.1m/s~5m/s。
5.如权利要求1所述的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法,其特征在于,所述步骤三中,开坯轧制沿着垂直于晶粒生长方向进行。
6.如权利要求1所述的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法,其特征在于,所述步骤一中,采用电子束冷床熔炼将TC4钛合金扁锭加热至相变温度以上。
7.如权利要求1所述的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法,其特征在于,所述喷涂抗氧化涂层为硅硼酸盐玻璃粉。
8.一种TC4钛合金板材,其特征在于,所述TC4钛合金板材采用如权利要求1-7任一权利要求所述的TC4钛合金扁锭开坯轧制方法制备。
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