本發(fā)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制成型方法。

背景技術(shù)：

為保證飛行器機(jī)體結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度和剛度，并減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，通常采用比強(qiáng)度、比剛度高的材料。在機(jī)體結(jié)構(gòu)材料方面，先進(jìn)復(fù)合材料同鋁合金、高強(qiáng)度鋼、鈦合金一起被列為四大結(jié)構(gòu)材料。鈦合金材料由于強(qiáng)度高、重量輕、損傷容限高和抗腐蝕性好等特點(diǎn)，一直是代替飛機(jī)結(jié)構(gòu)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(jī)體上的應(yīng)用明顯增加，主要制作飛機(jī)后機(jī)身和復(fù)合材料構(gòu)件接頭、梁等，目前使用最多的是Ti-6Al-4V。鈦合金能制成各種薄板、箔材、管材和絲材，代替30CrMnSiA等，是一種比較理想的板金承力構(gòu)件材料。目前美國已在B-1b、F-15、F-16、F-18、F-22等飛機(jī)上應(yīng)用。F-22結(jié)構(gòu)重量中傳統(tǒng)的鋼和鋁合金占的比重很小，而大量使用了41％的鈦合金和27％的復(fù)合材料，這有利于提高飛機(jī)的隱身性和耐熱性，減輕機(jī)體重量，增大機(jī)體強(qiáng)度。在最新型的民用客機(jī)——空客A380上，鈦合金的用量已經(jīng)從原來占空客飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的5％～7％增加到10％。

飛行器機(jī)體結(jié)構(gòu)常用的結(jié)構(gòu)形式有蒙皮框架結(jié)構(gòu)、整體壁板結(jié)構(gòu)、蜂窩夾層或填料夾層結(jié)構(gòu)、充壓薄殼結(jié)構(gòu)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(fā)展。當(dāng)馬赫數(shù)為2～3時(shí)，飛行器表面溫度可達(dá)200℃～300℃。為此，飛行器的許多構(gòu)件，如殼體、燃料箱、進(jìn)氣道、尾翼和整流罩骨架等大量選用鈦合金。美國采用Ti-6Al-4V鈦合金薄板制造的戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈的燃料箱、進(jìn)氣道、尾翼等結(jié)構(gòu)件，質(zhì)量減輕20％～35％，制造費(fèi)用可減少20％～60％。作為蒙皮框架結(jié)構(gòu)、整體壁板結(jié)構(gòu)、蜂窩夾層或填料夾層結(jié)構(gòu)、充壓薄殼結(jié)構(gòu)原材料的鈦合金薄板材的重要性越發(fā)凸顯。

由于航空鈦合金材料軋制性能較差，加之國內(nèi)廠家軋制技術(shù)、設(shè)備落后，采用多火次熱軋和包復(fù)疊軋工藝生產(chǎn)的國產(chǎn)厚度≤1mm(尤其是0.8mm以下)的航空鈦合金薄板與國外同類產(chǎn)品存在較大質(zhì)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(diǎn)。在后續(xù)的鈦合金構(gòu)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(qiáng)度差，導(dǎo)致飛機(jī)、導(dǎo)彈等航空航天器鈦合金構(gòu)件尺寸精度難以控制的技術(shù)難題。

CN 101817015 B公開了一種低氧含量航空鈦合金精密薄板材的軋制成型方法，其采用厚度為1-5mm的航空鈦合金板為原料，經(jīng)過一次冷軋軋制，脫脂，再結(jié)晶退火，二次冷軋軋制，脫脂，去應(yīng)力退火，強(qiáng)力矯直，縱切/橫切、檢驗(yàn)、包裝入庫，得到低氧含量航空鈦合金精密薄板材成品。但是，該低氧含量航空鈦合金精密薄板材成品的厚度偏差仍較大，在±0.005mm，鐮刀彎較大，在0.3-1mm/1m，且晶粒仍較粗，在后續(xù)的鈦合金構(gòu)件成型過程中，仍存在焊接性能差、超塑成形性差、疲勞強(qiáng)度差等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)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制成型方法。該方法軋制成型的薄板材綜合性能優(yōu)越，其厚度公差為±0.003mm，鐮刀彎0.1-0.25mm/1m，表面質(zhì)量為NO.3，晶粒度達(dá)到7-8級，充分滿足了航空航天器構(gòu)件材料的性能需要，且生產(chǎn)方法簡單易行，成本低，效率高。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種低氧含量航空鈦合金精密薄板材的軋制成型方法，所述軋制成型方法通過兩次二十輥軋機(jī)冷軋軋制，并在一次冷軋軋制并脫脂完成后，用特定的浸漬液進(jìn)行浸漬，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(zhǔn)備，采用厚度為1-5mm的航空鈦合金板為原料；

2)將原料進(jìn)行二十輥軋機(jī)一次冷軋軋制，得到初軋板材；

3)將初軋板材脫脂；

4)采用浸漬液對脫脂后的初軋板材進(jìn)行浸漬；

5)將浸漬后的初軋板材在還原或惰性氣氛保護(hù)下進(jìn)行再結(jié)晶退火，冷卻；

6)將再結(jié)晶退火后的初軋板材進(jìn)行二十輥軋機(jī)二次冷軋軋制，得到薄板材；

7)將得到的薄板材脫脂；

8)將脫脂后的薄板材在還原或惰性氣氛保護(hù)下進(jìn)行去應(yīng)力退火，冷卻；

9)將去應(yīng)力退火后的薄板材進(jìn)行張力矯直、縱切/橫切、檢驗(yàn)、包裝入庫，得到低氧含量航空鈦合金精密薄板材成品。

優(yōu)選地，步驟1)中，航空鈦合金板原料為TC4或TA15。

優(yōu)選地，步驟4)中，浸漬液的成分組成為Ti(SO₄)₂ 60-65g/L，BiCl₃ 50-60g/L，F(xiàn)e₃O₄ 0.02-0.04g/L，La₂O₃ 6-8.5g/L，余量為水。

優(yōu)選地，Ti(SO₄)₂的含量為60-65g/L，例如可為60g/L、62g/L、63g/L、64g/L或65g/L等。

優(yōu)選地，BiCl₃的含量為50-60g/L，例如可為50g/L、52g/L、55g/L、57.5g/L或60g/L等。

優(yōu)選地，F(xiàn)e₃O₄的含量為0.02-0.04g/L，例如可為0.02g/L、0.03g/L、0.035g/L或0.04g/L等。

優(yōu)選地，La₂O₃的含量為6-8.5g/L，例如可為6g/L、7g/L、7.5g/L、8g/L或8.5g/L等。

優(yōu)選地，步驟4)浸漬的溫度為70-85℃，例如可為70℃、73℃、75℃、78℃、80℃或85℃等。

優(yōu)選地，步驟4)浸漬的時(shí)間為4-9h，例如可為4h、5h、6.5h、7.5h、8h或9h等。

優(yōu)選地，步驟5)再結(jié)晶退火的溫度為800-830℃。

優(yōu)選地，步驟5)再結(jié)晶退火的時(shí)間為15-25分鐘。

優(yōu)選地，步驟6)中，二十輥軋機(jī)的工作輥表面粗糙度控制在Ra0.2-0.3μm，二十輥軋機(jī)二次冷軋道次變形率50-65％。

優(yōu)選地，步驟8)中去應(yīng)力退火溫度為550-620℃，去應(yīng)力退火的時(shí)間15-20分鐘。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明通過采用特定成分的浸漬液對一次軋制并脫脂后的初軋板材進(jìn)行浸漬，并進(jìn)一步再結(jié)晶退火、二次軋制，使得得到的低氧含量航空鈦合金精密薄板材綜合性能優(yōu)越，其厚度公差為±0.003mm，鐮刀彎0.1-0.25mm/1m，表面質(zhì)量為NO.3，晶粒度達(dá)到7-8級，充分滿足了航空航天器構(gòu)件材料的性能需要。生產(chǎn)方法簡單易行，成本低，效率高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

實(shí)施例1

采用厚度為5mm的冷軋2B表面的TC4鈦合金薄板為原料，經(jīng)二十輥軋機(jī)軋制、脫脂、浸漬、光亮退火、二十輥軋機(jī)二次冷軋、脫脂、光亮退火、張力矯直、縱切/橫切、檢驗(yàn)、包裝入庫等工序制成。其中，浸漬液的成分組成為：Ti(SO₄)₂ 60g/L，BiCl₃ 60g/L，F(xiàn)e₃O₄ 0.02g/L，La₂O₃ 8.5g/L，余量為水；浸漬的溫度為70℃，浸漬的時(shí)間為9h；二十輥軋機(jī)二次冷軋中的工作輥表面粗糙度為Ra0.2μm，道次變形率65％；再結(jié)晶退火溫度為800℃，保溫時(shí)間25分鐘，還原氣氛保護(hù)，快速冷卻；去應(yīng)力退火溫度為550℃，保溫時(shí)間20分鐘，還原氣氛保護(hù)，快速冷卻。所制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層等表面污染層，內(nèi)應(yīng)力分布均勻，無各向異性，后續(xù)塑性成形性好。其厚度為0.8mm±0.003mm，鐮刀彎為0.1mm/1m，表面質(zhì)量為No.3，晶粒度達(dá)到7級。

實(shí)施例2

采用厚度為3mm的冷軋2B表面的TC4鈦合金薄板為原料，經(jīng)二十輥軋機(jī)軋制、脫脂、浸漬、光亮退火、二十輥軋機(jī)二次冷軋、脫脂、光亮退火、張力矯直、縱切/橫切、檢驗(yàn)、包裝入庫等工序制成。其中，浸漬液的成分組成為：Ti(SO₄)₂ 65g/L，BiCl₃ 50g/L，F(xiàn)e₃O₄ 0.04g/L，La₂O₃ 6g/L，余量為水；浸漬的溫度為85℃，浸漬的時(shí)間為4h；二十輥軋機(jī)二次冷軋中的工作輥表面粗糙度為Ra0.3μm，道次變形率50％；再結(jié)晶退火溫度為830℃，保溫時(shí)間15分鐘，還原氣氛保護(hù)，快速冷卻；去應(yīng)力退火溫度為620℃，保溫時(shí)間15分鐘，還原氣氛保護(hù)，快速冷卻。所制得的低氧含量航空鈦合金精密薄板材表面應(yīng)沒有任何富氧層、α層等表面污染層，內(nèi)應(yīng)力分布均勻，無各向異性，后續(xù)塑性成形性好。其厚度為0.5mm±0.003mm，鐮刀彎為0.15mm/1m，表面質(zhì)量為No.3，晶粒度達(dá)到8級。

實(shí)施例3

采用厚度為1mm的冷軋2B表面的TA15鈦合金薄板為原料，經(jīng)二十輥軋機(jī)軋制、脫脂、浸漬、光亮退火、二十輥軋機(jī)二次冷軋、脫脂、光亮退火、張力矯直、縱切/橫切、檢驗(yàn)、包裝入庫等工序制成。其中，浸漬液的成分組成為：Ti(SO₄)₂ 62g/L，BiCl₃ 55g/L，F(xiàn)e₃O₄0.03g/L，La₂O₃ 7.5g/L，余量為水；浸漬的溫度為78℃，浸漬的時(shí)間為5h；二十輥軋機(jī)二次冷軋中的工作輥表面粗糙度為Ra0.25μm，道次變形率60％；再結(jié)晶退火溫度為815℃，保溫時(shí)間20分鐘，還原氣氛保護(hù)，快速冷卻；去應(yīng)力退火溫度為590℃，保溫時(shí)間17分鐘，還原氣氛保護(hù)，快速冷卻。所制得的低氧含量航空鈦合金精密薄板材表面應(yīng)沒有任何富氧層、α層等表面污染層，內(nèi)應(yīng)力分布均勻，無各向異性，后續(xù)塑性成形性好。其厚度為0.3mm±0.003mm，鐮刀彎為0.2mm/1m，表面質(zhì)量為No.3，晶粒度達(dá)到7級。

實(shí)施例4

采用厚度為1mm的冷軋2B表面的TA15鈦合金薄板為原料，經(jīng)二十輥軋機(jī)軋制、脫脂、浸漬、光亮退火、二十輥軋機(jī)二次冷軋、脫脂、光亮退火、張力矯直、縱切/橫切、檢驗(yàn)、包裝入庫等工序制成。其中，浸漬液的成分組成為：Ti(SO₄)₂ 63g/L，BiCl₃ 56g/L，F(xiàn)e₃O₄0.025g/L，La₂O₃ 7g/L，余量為水；浸漬的溫度為77℃，浸漬的時(shí)間為6h；二十輥軋機(jī)二次冷軋中的工作輥表面粗糙度為Ra0.28μm，道次變形率55％；再結(jié)晶退火溫度為820℃，保溫時(shí)間20分鐘，還原氣氛保護(hù)，快速冷卻；去應(yīng)力退火溫度為610℃，保溫時(shí)間16分鐘，還原氣氛保護(hù)，快速冷卻。所制得的低氧含量航空鈦合金精密薄板材表面應(yīng)沒有任何富氧層、α層等表面污染層，內(nèi)應(yīng)力分布均勻，無各向異性，后續(xù)塑性成形性好。其厚度為0.4mm±0.003mm，鐮刀彎為0.22mm/1m，表面質(zhì)量為No.3，晶粒度達(dá)到8級。

本發(fā)明生產(chǎn)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(yōu)越，充分滿足了航空航天器構(gòu)件材料的性能需要。

申請人聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)方法，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)方法才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進(jìn)，對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。