低氧含量航空鈦合金精密薄板材的軋製成型方法
2023-05-03 17:24:06
專利名稱：低氧含量航空鈦合金精密薄板材的軋製成型方法
技術領域：
本發明涉及一種航空鈦合金精密薄板材的軋制加工方法，具體地說是一種低氧含 量航空鈦合金精密薄板材的軋製成型方法。
背景技術：
為保證飛行器機體結構有足夠的強度和剛度，並減輕結構質量，通常採用比強 度、比剛度高的材料。在機體結構材料方面，先進複合材料同鋁合金、高強度鋼、鈦合金一 起被列為四大結構材料。鈦合金材料由於強度高、重量輕、損傷容限高和抗腐蝕性好等特 點，一直是代替飛機結構中鋼材的理想金屬材料。隨著飛行器速度的提高，鈦合金在機體 上的應用明顯增加，主要製作飛機後機身和複合材料構件接頭、梁等，目前使用最多的是 Ti-6A1-4V。鈦合金能製成各種薄板、箔材、管材和絲材，代替30CrMnSiA等，是一種比較理 想的板金承力構件材料。目前美國已在B-lb、F-15、F-16、F-18、F-22等飛機上應用。F-22 結構重量中傳統的鋼和鋁合金佔的比重很小，而大量使用了 41 %的鈦合金和27 %的複合 材料，這有利於提高飛機的隱身性和耐熱性，減輕機體重量，增大機體強度。在最新型的民 用客機——空客A380上，鈦合金的用量已經從原來佔空客飛機結構重量的5% 7%增加 至Ij 10%。飛行器機體結構常用的結構形式有蒙皮框架結構、整體壁板結構、蜂窩夾層或填 料夾層結構、充壓薄殼結構等。近年來，飛行器的飛行速度已由亞聲速向超聲速甚至高超聲 速發展。當馬赫數為2 3時，飛行器表面溫度可達200°C 300°C。為此，飛行器的許多 構件，如殼體、燃料箱、進氣道、尾翼和整流罩骨架等大量選用鈦合金。美國採用Ti-6A1-4V 鈦合金薄板製造的戰斧巡航飛彈的燃料箱、進氣道、尾翼等結構件，質量減輕20% 35%， 製造費用可減少20% 60%。作為蒙皮框架結構、整體壁板結構、蜂窩夾層或填料夾層結 構、充壓薄殼結構原材料的鈦合金薄板材的重要性越發凸顯。由於航空鈦合金材料軋制性能較差，加之國內廠家軋制技術、設備落後，採用多火 次熱軋和包復疊軋工藝生產的國產厚度彡Imm(尤其是0.8mm以下)的航空鈦合金薄板與 國外同類產品存在較大質量差距，普遍存在表面含氧量高、顯微組織差、表面平整度低、厚 度偏差大等缺點。在後續的鈦合金構件成型過程中，常常會造成薄板鈑金/卷管、焊接性能 差、超塑成形性差、疲勞強度差，導致飛機、飛彈等航空太空飛行器鈦合金構件尺寸精度難以控 制的技術難題。
發明內容
為了克服現有航空鈦合金精密薄板材軋製成型方法所存在的上述不足，本發明的 目的是提供一種低氧含量航空鈦合金精密薄板材的軋製成型方法。該方法軋製成型的薄板 材綜合性能優越，充分滿足了航空太空飛行器構件材料的性能需要，且生產方法簡單易行，成本 低，效率高。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種低氧含量航空鈦合金精密薄板材的軋製成型方法，其特徵在於該軋製成型方法通過兩次二十輥軋機冷軋軋製得到低氧含量航空鈦合金精密薄板材，具體步驟如下1)原料準備，採用厚度為1 5mm的航空鈦合金板為原料；2)將原料進行二十輥軋機一次冷軋軋制，得到初軋板材；3)將初軋板材脫脂；4)將脫脂後的初軋板材進行再結晶退火；5)將再結晶退火後的初軋板材進行二十輥軋機二次冷軋軋制，得到薄板材；6)將得到的薄板材脫脂；7)將脫脂後的薄板材去應力退火；8)將去應力退火後的薄板材進行張力矯直、縱切/橫切、檢驗、包裝入庫，得到低氧含量航空鈦合金精密薄板材成品。步驟1)中，航空鈦合金板原料為TC4或TA15。步驟5)中，二十輥軋機的工作輥表面粗糙度控制在RaO. 02 0. 50 μ m, 二十輥軋 機二次冷軋道次變形率40 70%。步驟4)中再結晶退火溫度為700°C 850°C，保溫時間10 30分鐘，還原或惰性 氣氛保護，快速冷卻。步驟7)中去應力退火溫度為500°C 650°C，保溫時間5 10分鐘，還原或惰性 氣氛保護，快速冷卻。得到的低氧含量航空鈦合金精密薄板材成品表面沒有富氧層、α層等表面汙染 層；內應力分布均勻，無各向異性，後續塑性成形性好。得到的低氧含量航空鈦合金精密薄 板材成品厚度公差為士0. 005mm,鐮刀彎為0. 3 lmm/lm，表面質量為No. 2B,表面平整度達 l-21-Unit、晶粒度達到5-6級。與現有技術相比，本發明得到的低氧含量航空鈦合金精密薄板材綜合性能優越， 充分滿足了航空太空飛行器構件材料的性能需要。生產方法簡單易行，成本低，效率高。
附圖是本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式實施例1採用厚度為5mm的冷軋2B表面的TC4鈦合金薄板為原料，經二十輥軋機軋制、脫 月旨、光亮退火、二十輥軋機二次冷軋、脫脂、光亮退火、張力矯直、縱切/橫切、檢驗、包裝入 庫等工序製成。其中二十輥軋機二次冷軋中的工作輥表面粗糙度為RaO. 50 μ m，道次變形率 40%;再結晶退火溫度為850°C，保溫時間15分鐘，還原氣氛保護，快速冷卻；去應力退火溫 度為650°C，保溫時間10分鐘，還原氣氛保護，快速冷卻。所製得的低氧含量航空鈦合金精 密薄板材表面沒有任何富氧層、α層等表面汙染層，內應力分布均勻，無各向異性，後續塑 性成形性好。其厚度為0. 8mm士0. 005mm，鐮刀彎為0. 5mm/lm，表面質量為No. 2B，表面平整 度達21-Unit、晶粒度達到6級。實施例2採用厚度為3mm的冷軋2B表面的TC4鈦合金薄板為原料，經二十輥軋機軋制、脫月旨、光亮退火、二十輥軋機二次冷軋、脫脂、光亮退火、張力矯直、縱切/橫切、檢驗、包裝入庫等工序製成。其中二十輥軋機二次冷軋中的工作輥表面粗糙度為RaO. 02 μ m，道次變形率 50%;再結晶退火溫度為800°C，保溫時間20分鐘，還原氣氛保護，快速冷卻；去應力退火溫 度為550°C，保溫時間15分鐘，還原氣氛保護，快速冷卻。所製得的低氧含量航空鈦合金精 密薄板材表面應沒有任何富氧層、α層等表面汙染層，內應力分布均勻，無各向異性，後續 塑性成形性好。其厚度為0. 5mm士0. 005mm，鐮刀彎為0. 5mm/lm，表面質量為No. 2B，表面平 整度達21-Unit、晶粒度達到6級。實施例3採用厚度為Imm的冷軋2B表面的TA15鈦合金薄板為原料，經二十輥軋機軋制、脫 月旨、光亮退火、二十輥軋機二次冷軋、脫脂、光亮退火、張力矯直、縱切/橫切、檢驗、包裝入 庫等工序製成。其中二十輥軋機二次冷軋中的工作輥表面粗糙度為RaO. 20 μ m，道次變形率 65%;再結晶退火溫度為700°C，保溫時間30分鐘，還原氣氛保護，快速冷卻；去應力退火溫 度為500°C，保溫時間20分鐘，還原氣氛保護，快速冷卻。所製得的低氧含量航空鈦合金精 密薄板材表面應沒有任何富氧層、α層等表面汙染層，內應力分布均勻，無各向異性，後續 塑性成形性好。其厚度為0. 3mm士0. 005mm，鐮刀彎為0. 3mm/lm，表面質量為No. 2B，表面平 整度達21-Unit、晶粒度達到6級。本發明生產方法簡單易行，成本低，得到的低氧含量航空鈦合金精密薄板材綜合 性能優越，充分滿足了航空太空飛行器構件材料的性能需要。
權利要求
一種低氧含量航空鈦合金精密薄板材的軋製成型方法，其特徵在於該軋製成型方法通過兩次二十輥軋機軋製得到低氧含量航空鈦合金精密薄板材，具體步驟如下1)原料準備，採用厚度為1～5mm的航空鈦合金板為原料；2)將原料進行二十輥軋機一次冷軋軋制，得到初軋板材；3)將初軋板材脫脂；4)將脫脂後的初軋板材進行再結晶退火；5)將再結晶退火後的初軋板材進行二十輥軋機二次冷軋軋制，得到薄板材；6)將得到的薄板材脫脂；7)將脫脂後的薄板材去應力退火；8)將去應力退火後的薄板材進行張力矯直、縱切/橫切、檢驗、包裝入庫，得到低氧含量航空鈦合金精密薄板材成品。
2.根據權利要求1所述的低氧含量航空鈦合金精密薄板材的軋製成型方法，其特徵在 於步驟1)中，航空鈦合金板原料為TC4或TA15。
3.根據權利要求1所述的低氧含量航空鈦合金精密薄板材的軋製成型方法，其特徵在 於步驟5)中，二十輥軋機的工作輥表面粗糙度控制在RaO. 02 0. 50 μ m, 二十輥軋機二 次冷軋道次變形率40 70%。
4.根據權利要求1所述的低氧含量航空鈦合金精密薄板材的軋製成型方法，其特徵在 於步驟4)中再結晶退火溫度為700°C 850°C，保溫時間10 30分鐘，還原或惰性氣氛 保護，快速冷卻。
5.根據權利要求1所述的低氧含量航空鈦合金精密薄板材的軋製成型方法，其特徵在 於步驟7)中去應力退火溫度為500°C 650°C，保溫時間5 10分鐘，還原或惰性氣氛保 護，快速冷卻。
6.根據權利要求1所述的低氧含量航空鈦合金精密薄板材的軋製成型方法，其特徵在 於得到的低氧含量航空鈦合金精密薄板材成品表面沒有表面汙染層；內應力分布均勻， 無各向異性，後續塑性成形性好。
7.根據權利要求1所述的低氧含量航空鈦合金精密薄板材的軋製成型方法，其特徵在 於得到的低氧含量航空鈦合金精密薄板材成品厚度公差為士0. 005mm，鐮刀彎為0. 3 lmm/lm，表面質量為No. 2B，表面平整度達1_2 I_Unit、晶粒度達到5_6級。
全文摘要
本發明公開一種低氧含量航空鈦合金精密薄板材的軋製成型方法，該軋製成型方法通過兩次二十輥軋機軋製得到低氧含量航空鈦合金精密薄板材，具體步驟如下採用厚度為1～5mm的TC4、TA15等航空鈦合金板為原料，經二十輥軋制、脫脂、再結晶退火、二十輥軋機二次冷軋、脫脂、去應力退火、張力矯直、縱切/橫切、檢驗、包裝等工序製成。精密鈦合金薄板材厚度公差為±0.005mm，鐮刀彎為0.3～1mm/1m，表面質量為No.2B，表面平整度達1-2 I-Unit、晶粒度達到5-6級，表面應沒有任何富氧層、α層等表面汙染層，內應力分布均勻，無各向異性，後續塑性成形性好。本發明生產方法簡單易行，成本低，產品質量高，生產效率高。
文檔編號C21D9/46GK101817015SQ201010132360
公開日2010年9月1日 申請日期2010年3月25日 優先權日2010年3月25日
發明者周海龍, 朱建平, 汪濤, 金宇龍, 陶傑 申請人:江蘇呈飛精密合金股份有限公司