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制成型方法。

背景技術：

為保證飛行器機體結構有足夠的強度和剛度，并減輕結構質量，通常采用比強度、比剛度高的材料。在機體結構材料方面，先進復合材料同鋁合金、高強度鋼、鈦合金一起被列為四大結構材料。鈦合金材料由于強度高、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，主要制作飛機后機身和復合材料構件接頭、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件材料。目前美國已在B-1b、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占的比重很小，而大量使用了41％的鈦合金和27％的復合材料，這有利于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占空客飛機結構重量的5％～7％增加到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℃～300℃。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。美國采用Ti-6Al-4V鈦合金薄板制造的戰斧巡航導彈的燃料箱、進氣道、尾翼等結構件，質量減輕20％～35％，制造費用可減少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。

由于航空鈦合金材料軋制性能較差，加之國內廠家軋制技術、設備落后，采用多火次熱軋和包復疊軋工藝生產的國產厚度≤1mm(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。在后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、導彈等航空航天器鈦合金構件尺寸精度難以控制的技術難題。

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，經過一次冷軋軋制，脫脂，再結晶退火，二次冷軋軋制，脫脂，去應力退火，強力矯直，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。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，在后續的鈦合金構件成型過程中，仍存在焊接性能差、超塑成形性差、疲勞強度差等問題。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的上述問題，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制成型方法。該方法軋制成型的薄板材綜合性能優越，其厚度公差為±0.003mm，鐮刀彎0.1-0.25mm/1m，表面質量為NO.3，晶粒度達到7-8級，充分滿足了航空航天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制成型方法，所述軋制成型方法通過兩次二十輥軋機冷軋軋制，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)原料準備，采用厚度為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)采用浸漬液對脫脂后的初軋板材進行浸漬；

5)將浸漬后的初軋板材在還原或惰性氣氛保護下進行再結晶退火，冷卻；

6)將再結晶退火后的初軋板材進行二十輥軋機二次冷軋軋制，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下進行去應力退火，冷卻；

9)將去應力退火后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。

優選地，步驟1)中，航空鈦合金板原料為TC4或TA15。

優選地，步驟4)中，浸漬液的成分組成為Ti(SO₄)₂ 60-65g/L，BiCl₃ 50-60g/L，Fe₃O₄ 0.02-0.04g/L，La₂O₃ 6-8.5g/L，余量為水。

優選地，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。

優選地，Fe₃O₄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。

優選地，步驟4)浸漬的時間為4-9h，例如可為4h、5h、6.5h、7.5h、8h或9h等。

優選地，步驟5)再結晶退火的溫度為800-830℃。

優選地，步驟5)再結晶退火的時間為15-25分鐘。

優選地，步驟6)中，二十輥軋機的工作輥表面粗糙度控制在Ra0.2-0.3μm，二十輥軋機二次冷軋道次變形率50-65％。

優選地，步驟8)中去應力退火溫度為550-620℃，去應力退火的時間15-20分鐘。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

本發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行浸漬，并進一步再結晶退火、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越，其厚度公差為±0.003mm，鐮刀彎0.1-0.25mm/1m，表面質量為NO.3，晶粒度達到7-8級，充分滿足了航空航天器構件材料的性能需要。生產方法簡單易行，成本低，效率高。

附圖說明

圖1是本發明的工藝流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

實施例1

采用厚度為5mm的冷軋2B表面的TC4鈦合金薄板為原料，經二十輥軋機軋制、脫脂、浸漬、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、包裝入庫等工序制成。其中，浸漬液的成分組成為：Ti(SO₄)₂ 60g/L，BiCl₃ 60g/L，Fe₃O₄ 0.02g/L，La₂O₃ 8.5g/L，余量為水；浸漬的溫度為70℃，浸漬的時間為9h；二十輥軋機二次冷軋中的工作輥表面粗糙度為Ra0.2μm，道次變形率65％；再結晶退火溫度為800℃，保溫時間25分鐘，還原氣氛保護，快速冷卻；去應力退火溫度為550℃，保溫時間20分鐘，還原氣氛保護，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，內應力分布均勻，無各向異性，后續塑性成形性好。其厚度為0.8mm±0.003mm，鐮刀彎為0.1mm/1m，表面質量為No.3，晶粒度達到7級。

實施例2

采用厚度為3mm的冷軋2B表面的TC4鈦合金薄板為原料，經二十輥軋機軋制、脫脂、浸漬、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、包裝入庫等工序制成。其中，浸漬液的成分組成為：Ti(SO₄)₂ 65g/L，BiCl₃ 50g/L，Fe₃O₄ 0.04g/L，La₂O₃ 6g/L，余量為水；浸漬的溫度為85℃，浸漬的時間為4h；二十輥軋機二次冷軋中的工作輥表面粗糙度為Ra0.3μm，道次變形率50％；再結晶退火溫度為830℃，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620℃，保溫時間15分鐘，還原氣氛保護，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沒有任何富氧層、α層等表面污染層，內應力分布均勻，無各向異性，后續塑性成形性好。其厚度為0.5mm±0.003mm，鐮刀彎為0.15mm/1m，表面質量為No.3，晶粒度達到8級。

實施例3

采用厚度為1mm的冷軋2B表面的TA15鈦合金薄板為原料，經二十輥軋機軋制、脫脂、浸漬、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、包裝入庫等工序制成。其中，浸漬液的成分組成為：Ti(SO₄)₂ 62g/L，BiCl₃ 55g/L，Fe₃O₄0.03g/L，La₂O₃ 7.5g/L，余量為水；浸漬的溫度為78℃，浸漬的時間為5h；二十輥軋機二次冷軋中的工作輥表面粗糙度為Ra0.25μm，道次變形率60％；再結晶退火溫度為815℃，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590℃，保溫時間17分鐘，還原氣氛保護，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沒有任何富氧層、α層等表面污染層，內應力分布均勻，無各向異性，后續塑性成形性好。其厚度為0.3mm±0.003mm，鐮刀彎為0.2mm/1m，表面質量為No.3，晶粒度達到7級。

實施例4

采用厚度為1mm的冷軋2B表面的TA15鈦合金薄板為原料，經二十輥軋機軋制、脫脂、浸漬、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、包裝入庫等工序制成。其中，浸漬液的成分組成為：Ti(SO₄)₂ 63g/L，BiCl₃ 56g/L，Fe₃O₄0.025g/L，La₂O₃ 7g/L，余量為水；浸漬的溫度為77℃，浸漬的時間為6h；二十輥軋機二次冷軋中的工作輥表面粗糙度為Ra0.28μm，道次變形率55％；再結晶退火溫度為820℃，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610℃，保溫時間16分鐘，還原氣氛保護，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沒有任何富氧層、α層等表面污染層，內應力分布均勻，無各向異性，后續塑性成形性好。其厚度為0.4mm±0.003mm，鐮刀彎為0.22mm/1m，表面質量為No.3，晶粒度達到8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，充分滿足了航空航天器構件材料的性能需要。

申請人聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細方法，但本發明并不局限于上述詳細方法，即不意味著本發明必須依賴上述詳細方法才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產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，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。