[發明專利]一種表面納米化的大規格超細晶鈦合金薄板及其制備方法

有效

• 申請號: 202210654861.6
• 申請日: 2022-06-10
• 公開（公告）號: CN115058672B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 方虹懿;張子鵬;李勇;李小強
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C21D9/46;B23P15/00;B32B15/01
• 代理公司: 北京天匯航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11987
• 代理人: 陳陳數

本發明公開了一種表面納米化的大規格超細晶鈦合金薄板及其制備方法，包括初步軋制、包覆疊軋和表面處理，通過初始大變形軋制及后續低溫包覆疊軋工藝制備得到晶粒尺寸小于2μm的大規格超細晶鈦合金板；下壓力隨著碾壓道次數逐漸增加，多道次碾軋后獲得表面為納米晶、芯部為超細晶的鈦合金板。本發明通過初始大變形軋制及后續低溫包覆疊軋工藝，能夠制備得到晶粒尺寸小于2μm的大規格超細晶鈦合金薄板；通過控制表面納米化的碾壓下壓力，能夠避免造成高強度超細晶薄板表面力值突變導致的表面納米晶層脫落的問題。

技術領域

本發明涉及金屬板材處理技術領域，具體而言，涉及一種表面納米化的大規格超細晶鈦合金薄板及其制備方法。

背景技術

現代航空技術對高性能材料及其大尺寸整體結構的輕量化提出越來越高的要求，應用超塑成形/擴散連接技術可生產得到大尺寸、整體性好、輕量化的高性能構件。目前廣泛應用的鈦合金超塑成形/擴散連接工藝的成形溫度高達920℃，超高溫條件下材料會出現嚴重氧化，且對模具要求極高、損耗極大，由此引起的高損耗、高設備要求、高成本等問題限制了其潛在應用。

鈦合金的超塑變形機制主要是晶界滑移，細晶結構材料內部有更大密度的晶界，在相同實驗條件下相較粗晶結構的同種材料具有更良好的均勻延伸性能，呈現出更好的超塑性能。晶界數量也同樣地對材料的擴散連接性能有類似的影響。現有研究表明減小晶粒尺寸是降低材料超塑性溫度和擴散連接溫度的重要途徑，晶粒減小至2.5μm，超塑成形溫度可降至800℃以下，晶粒減小至1μm，超塑成形溫度可進一步降至760℃以下。若材料表面晶粒進一步降低至納米級(100nm以下)，其超塑成形及擴散溫度將有望降低至600℃以下，可極大降低航空整體構件超塑成形/擴散連接工藝溫度與生產成本。因此具備超細晶特性及表面納米化的大規格薄板在航空航天領域具備廣泛的應用前景。

目前常見的鈦合金細晶板制備工藝是大變形軋制工藝，如多道次熱軋、累積疊軋等，通過多道次的往復軋制，這些工藝都可制備得到鈦合金細晶板材，但都會受到軋機最小軋制厚度的限制，其變形量受到限制。應用此類工藝進行大規格薄板制備時，在軋制過程中板料中部與邊緣溫度變化不均，極易產生翹起、開裂等缺陷，難以實現晶粒均勻細化。因此，上述方法均難以滿足大規格薄板超細晶組織的制備。

中國專利CN106399886A公開了一種TC4細晶鈦合金板及其制備方法，通過大變形量包套疊軋，實現細晶板材制備，晶粒級別達到2μm～5μm；但受到所用軋制溫度下材料塑性的限制，遇到了難以進一步提升變形量、難以將晶粒進一步細化至2μm以下的難題。

另外，常見的金屬材料表面納米化處理技術主要有機械碾壓處理、噴丸等方法。噴丸、表面機械碾磨等沖擊式表面處理方法雖可細化表層晶粒，但材料表面會留下明顯的凹坑，使得表面粗糙度提升。經其處理后的材料表面需再經打磨后方能滿足表面光潔度的要求，但這將破壞表層納米晶組織，難以滿足適合低溫超塑成形/擴散連接的材料制備。例如中國專利CN110681768A公開了一種表面機械碾磨技術處理獲得表面納米晶的方法，表面粗糙度較低，光潔度較好；但其中通過下壓量控制表面碾壓的方法，極易造成高強度超細晶薄板表面力值突變，往往會導致表面納米晶層脫落，表面處理失效，難以實現超細晶薄板表面納米化制備。

基于此，本發明提供一種超細晶鈦合金板及其表面納米晶的制備方法，通過高溫大變形軋制與低溫包覆疊軋復合的工藝，突破晶粒尺寸小于2μm的大規格超細晶鈦合金板制備，在此基礎上，通過力控制數控漸進碾壓工藝，在超細晶板材表面形成晶粒尺寸變化的納米梯度結構，進一步降低超塑成形/擴散連接工藝的溫度。

發明內容

本發明旨在提出一種表面納米化的大規格超細晶鈦合金薄板及其制備方法，以解決或改善上述技術問題中的至少之一。

有鑒于此，本發明的第一方面在于提供一種表面納米化的大規格超細晶鈦合金薄板制備方法。

本發明的第二方面在于提供一種表面納米化的大規格超細晶鈦合金薄板。