提高钛合金小规格轧制屈强比的方法、材料及应用与流程

1.本发明涉及钛合金制备的技术领域，尤其涉及一种提高钛合金小规格轧制屈强比的方法，以及根据这种提高钛合金小规格轧制屈强比的方法制造的钛合金材料、应用。


背景技术：

2.tc4钛合金(ti-6al-4v)是一种中等强度的α-β型钛合金，该钛合金具有优异的综合性能，长时间工作温度可达400℃，在航空工业中广泛用于制造发动机的风扇和压气机盘及叶片，以及飞机结构件中的梁、接头盒隔框等重要承力构件。屈强比(即屈服强度与抗拉强度的比值)是金属材料应用设计中的一个重要技术指标，屈强比低，当工作应力超过屈服强度时，由于塑性变形，有利于某些应力集中部位的应力重新分布，减缓或避免脆性断裂，使材料的韧性提高，产生变形强化，材料不会立即断裂，增加了安全可靠性，但是屈强比过低，材料的利用率就会降低，在保证安全性的前提下，提高材料的屈强比有利于提高材料的利用率，降低生产成本。tc4钛合金的屈强比一般低于0.91，使用常规轧制工艺很难稳定生产出屈强比＞0.91的tc4棒材，文献《钛合金的高屈强比特性及其影响因素》胡耀君、刘果宗、陈军等也研究表明：钛合金的屈强比具有明显的方向性，单向轧制或单向拔长有利于降低金属伸长方向的屈强比。目前查阅的已知文献和专利均未发现可以提供一种明确的方法生产出高屈强比的tc4轧制棒材。


技术实现要素：

3.为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种提高钛合金小规格轧制屈强比的方法，其能够保证成品棒材的屈强比≥0.92。
4.本发明的技术方案是：这种提高钛合金小规格轧制屈强比的方法，其包括以下步骤：
5.(1)将钛合金坯料于t
β
相变点以下30℃～100℃进行t1时间加热，所述加热时间t1＝[(0.65～1.2)*h]min，h为所述钛合金坯料的横截面的中心到边上两点间的最小距离，h的单位为mm；
[0006]
(2)炉冷至800℃～850℃，立即直接出炉轧制，随炉冷却的冷却速度为0.5℃～3℃/min；
[0007]
(3)将完成上述保温后的钛合金坯料进行轧制成形，单火次轧制总变形量控制在60％以下。
[0008]
传统情况是t
β
相变点以下60℃～100℃加热完成后立即出炉轧制，本发明扩大了温度许用区间，将钛合金坯料于t
β
相变点以下30℃～100℃进行t1时间加热，炉冷使加热固溶后的钛合金坯料，缩小坯料的横纵向组织差异，降低坯料的各项异性；控制单火次变形量≤60％的意义为：降低单火次轧制剧烈变形造成的棒材组织纵向流线，缩小棒材的横纵向组织差异，降低棒材的各项异性，从而保证成品棒材的屈强比≥0.92。
[0009]
还提供了这种提高钛合金小规格轧制屈强比的方法制造的钛合金材料。
[0010]
还提供了这种钛合金材料在制备钛合金制品中的应用。
附图说明
[0011]
图1为本发明实施例一生产的φ50mm规格棒材的横纵高倍照片(可以发现横纵组织差异较小)。
[0012]
图2为反例一生产的φ50mm规格棒材的横纵高倍照片(可以发现横纵组织差异较大)。
[0013]
图3为本发明实施例二的φ8mm规格棒材的横纵高倍照片(可以发现横纵组织差异较小)。
[0014]
图4为反例二生产的φ8mm规格棒材的横纵高倍照片(可以发现横纵组织差异较大)。
[0015]
图5为根据本发明的提高钛合金小规格轧制屈强比的方法的流程图。
具体实施方式
[0016]
如图5所示，这种提高钛合金小规格轧制屈强比的方法，其包括以下步骤：
[0017]
(1)将钛合金坯料于t
β
相变点以下30℃～100℃进行t1时间加热，所述加热时间t1＝[(0.65～1.2)*h]min，h为所述钛合金坯料的横截面的中心到边上两点间的最小距离，h的单位为mm；
[0018]
(2)炉冷至800℃～850℃，立即直接出炉轧制，随炉冷却的冷却速度为0.5℃～3℃/min；
[0019]
(3)将完成上述保温后的钛合金坯料进行轧制成形，单火次轧制总变形量控制在60％以下。
[0020]
传统情况是t
β
相变点以下60℃～100℃加热完成后立即出炉轧制，本发明扩大了温度许用区间，将钛合金坯料于t
β
相变点以下30℃～100℃进行t1时间加热，炉冷使加热固溶后的钛合金坯料，缩小坯料的横纵向组织差异，降低坯料的各项异性；控制单火次变形量≤60％的意义为：降低单火次轧制剧烈变形造成的棒材组织纵向流线，缩小棒材的横纵向组织差异，降低棒材的各项异性，从而保证成品棒材的屈强比≥0.92。
[0021]
优选地，所述步骤(1)中，将钛合金坯料于t
β
相变点以下30℃～60℃加热完成后随炉冷却至800℃～850℃后，立即出炉轧制。
[0022]
优选地，所述步骤(2)中，随炉冷却的冷却速度为0.5℃/min～2℃/min。
[0023]
优选地，所述钛合金材料为tc4钛合金。
[0024]
优选地，所述钛合金坯料为棒材，h等于棒材的直径。
[0025]
优选地，所述钛合金材料的直径为8mm～50mm。
[0026]
优选地，所述步骤(3)中，使用轧机进行以下道次成形：φ79mm
→
φ70mm
→
φ63mm
→
φ56mm
→
φ50mm，单火次总变形量60％，轧后空冷。
[0027]
或者，所述步骤(1)中，将轧制用φ18mm规格坯料棒材，棒材相变点为1000℃：900℃保温20分钟；所述步骤(2)中，炉冷至850℃，控制炉冷速度0.5℃/min，出炉立即轧制；所述步骤(3)中，将步骤(1)得到的坯料使用轧机进行以下道次成形：φ18mm
→
φ16mm
→
φ14mm
→
φ12mm，单火次总变形量56％，轧后空冷；将步骤(3)得到的坯料棒材：900℃保温15
分钟，随后炉冷至850℃，控制炉冷速度：0.5℃/min，出炉立即轧制；将得到的坯料使用轧机进行以下道次成形：φ12mm
→
φ10mm
→
φ8mm，单火次总变形量56％，轧后空冷。
[0028]
还提供了这种提高钛合金小规格轧制屈强比的方法制造的钛合金材料。
[0029]
还提供了这种钛合金材料在制备钛合金制品中的应用。
[0030]
与现有技术相比较，本技术的钛合金材料的轧制方法具有如下有益效果：
[0031]
上述钛合金材料的轧制方法，将钛合金坯料于特定温度进行特定时间的加热，加热完成后再炉冷至特定温度，立即出炉轧制，控制单个火次总轧制变形量≤60％(常规单火次轧制总变形量一般＞80％)，从而使最终制得的钛合金材料的屈强比≥0.92，故而使钛合金材料的利用率提高，降低生产成本。
[0032]
本发明的创新点为：常规钛合金轧制工艺，一般采用采用t
β
相变点以下30℃～100℃加热完成后立即出炉轧制(这是由于轧制速度极快，轧制过程温升过大，为防止变形过热，加热温度不宜过高，从而限制了加热温度许用区间的扩大)，而本发明在此基础上扩大了温度许用区间，独有的使用加热+炉冷的方式直接出炉轧制(常规轧制工艺没有使用加热+炉冷后立即直接轧制的变形方式)；炉冷的意义为：使加热固溶后的钛合金坯料，缩小坯料的横纵向组织差异，降低坯料的各项异性；控制单火次变形量≤60％的意义为：降低单火次轧制剧烈变形造成的棒材组织纵向流线，缩小棒材的横纵向组织差异，降低棒材的各项异性，从而保证成品棒材的屈强比≥0.92。
[0033]
以下详细说明本发明的具体实施例。
[0034]
实施例一
[0035]
本实施例用以提高tc4φ50mm规格轧制棒材的屈强比，具体通过如下步骤轧制实现：
[0036]
步骤1：将轧制用φ80mm规格坯料棒材(棒材相变点为995℃)：965℃保温80分钟，随后炉冷至800℃(控制炉冷速度：2℃/min)出炉立即轧制；
[0037]
步骤2：将步骤1得到的坯料使用轧机进行以下道次成形：φ79mm
→
φ70mm
→
φ63mm
→
φ56mm
→
φ50mm(单火次总变形量60％)，轧后空冷。
[0038]
表1为本发明实施例一生产的φ50mm规格棒材的力学性能(成品棒材的平均屈强比由轧前的0.90提高至轧后的0.93)。
[0039]
表1
[0040][0041]
反例一
[0042]
取消“随后炉冷至800℃”操作，其他与实施例一完全一致。
[0043]
表2为反例一生产的φ50mm规格棒材的力学性能(成品棒材的平均屈强比由轧前的0.90降低至轧后的0.88)。
[0044]
表2
[0045][0046]
实施例二
[0047]
本实施例用以提高tc4φ8mm规格轧制棒材的屈强比，具体通过如下步骤轧制实现：
[0048]
步骤1：将轧制用φ18mm规格坯料棒材(棒材相变点为1000℃)：900℃保温20分钟，随后炉冷至850℃(控制炉冷速度：0.5℃/min)出炉立即轧制；
[0049]
步骤2：将步骤1得到的坯料使用轧机进行以下道次成形：φ18mm
→
φ16mm
→
φ14mm
→
φ12mm(单火次总变形量56％)，轧后空冷；
[0050]
步骤3：将步骤2得到的坯料棒材：900℃保温15分钟，随后炉冷至850℃(控制炉冷速度：0.5℃/min)出炉立即轧制；
[0051]
步骤4：将步骤3得到的坯料使用轧机进行以下道次成形：φ12mm
→
φ10mm
→
φ8mm
(单火次总变形量56％)，轧后空冷。
[0052]
表3为实施例二生产的φ8mm规格棒材的力学性能(成品棒材的平均屈强比由轧前的0.89提高至轧后的0.92)。
[0053]
表3
[0054][0055]
反例二
[0056]
一火次成形至φ8mm规格成品棒材，具体见下：
[0057]
步骤1：将轧制用φ18mm规格坯料棒材(棒材相变点为1000℃)：900℃保温20分钟，随后炉冷至850℃(控制炉冷速度：0.5℃/min)出炉立即轧制；
[0058]
步骤2：将步骤1得到的坯料使用轧机进行以下道次成形：φ18mm
→
φ15mm
→
φ12mm
→
φ10mm
→
φ8mm(单火次总变形量80％)，轧后空冷。
[0059]
表4为反例二生产的φ8mm规格棒材的力学性能(成品棒材的平均屈强比由轧前的0.89降低至轧后的0.87)。
[0060]
表4
[0061][0062][0063]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依
据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种提高钛合金小规格轧制屈强比的方法，其特征在于：其包括以下步骤：(1)将钛合金坯料于t
β
相变点以下30℃～100℃进行t1时间加热，所述加热时间t1＝[(0.65～1.2)*h]min，h为所述钛合金坯料的横截面的中心到边上两点间的最小距离，h的单位为mm；(2)炉冷至800℃～850℃，立即直接出炉轧制，随炉冷却的冷却速度为0.5℃～3℃/min；(3)将完成上述保温后的钛合金坯料进行轧制成形，单火次轧制总变形量控制在60％以下。2.根据权利要求1所述的提高钛合金小规格轧制屈强比的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，将钛合金坯料于t
β
相变点以下30℃～60℃加热完成后随炉冷却至800℃～850℃后，立即出炉轧制。3.根据权利要求2所述的提高钛合金小规格轧制屈强比的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，随炉冷却的冷却速度为0.5℃/min～2℃/min。4.根据权利要求3所述的提高钛合金小规格轧制屈强比的方法，其特征在于：所述钛合金材料为tc4钛合金。5.根据权利要求4所述的提高钛合金小规格轧制屈强比的方法，其特征在于：所述钛合金坯料为棒材，h等于棒材的直径。6.根据权利要求5所述的提高钛合金小规格轧制屈强比的方法，其特征在于：所述钛合金材料的直径为8mm～50mm。7.根据权利要求6所述的提高钛合金小规格轧制屈强比的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，使用轧机进行以下道次成形：φ79mm
→
φ70mm
→
φ63mm
→
φ56mm
→
φ50mm，单火次总变形量60％，轧后空冷。8.根据权利要求6所述的提高钛合金小规格轧制屈强比的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，将轧制用φ18mm规格坯料棒材，棒材相变点为1000℃：900℃保温20分钟；所述步骤(2)中，炉冷至850℃，控制炉冷速度0.5℃/min，出炉立即轧制；所述步骤(3)中，将步骤(1)得到的坯料使用轧机进行以下道次成形：φ18mm
→
φ16mm
→
φ14mm
→
φ12mm，单火次总变形量56％，轧后空冷；将步骤(3)得到的坯料棒材：900℃保温15分钟，随后炉冷至850℃，控制炉冷速度：0.5℃/min，出炉立即轧制；将得到的坯料使用轧机进行以下道次成形：φ12mm
→
φ10mm
→
φ8mm，单火次总变形量56％，轧后空冷。9.根据权利要求1-8任一项所述的提高钛合金小规格轧制屈强比的方法制造的钛合金材料。10.根据权利要求9所述的钛合金材料在制备钛合金制品中的应用。

技术总结
提高钛合金小规格轧制屈强比的方法、材料及应用，能够保证成品棒材的屈强比≥0.92。方法包括：(1)将钛合金坯料于T


技术研发人员：宋敏智 李超 樊凯 丁永峰 陈艳 彭晖 朱鸿昌 蒯支明 冯继才
受保护的技术使用者：湖南湘投金天钛业科技股份有限公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/7/20