本發明屬于有色金屬材料加工，具體涉及一種亞穩定β鈦合金薄帶材及其制備方法。

背景技術：

1、β鈦合金具有很高的比強度，優良的成型性能和耐腐燭性能等特點，具有很好的發展前景。tb5(ti-15v-3cr-3sn-3al)是一種在航空航天工業領域具有廣泛應用前景的亞穩定β型鈦合金。該合金的主要優點是鑄造性能和冷成型性優良，比強度高，缺點是彈性模量低，冷變形時回彈大，各向異性較強。tb5合金板材在實際生產過程中，由于不當的熱加工及熱處理工藝導致合金室溫加工塑性變差，導致冷加工難于進行且產品性能難以達到要求。在板材軋制環節，為保證板材冷成形性能的一致性，需要板材具備穩定的力學性能，具有良好的板形和同板差，尤其在制備薄板材或帶材時，其冷軋工藝及熱處理工藝應該如何控制亟需進行深入研究。

技術實現思路

1、本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種亞穩定β鈦合金薄帶材的制備方法。該方法依次對β鈦合金鑄錠進行四火次鍛造、三火次熱軋和帶張力多軋程冷軋及固溶處理，通過調節鍛造過程和溫度、變形量，優化熱軋溫度、冷軋變形量及固溶處理制度，有效抑制ω脆性相析出，提高冷成形和冷加工能力，獲得厚度均勻、表面質量良好、性能穩定、塑性優異的亞穩定β鈦合金薄帶材，解決了鈦合金薄帶材冷軋開裂及高塑性薄帶材難以生產的技術難題。

2、為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種亞穩定β鈦合金薄帶材的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

3、步驟一、板坯鍛造：將三次真空電弧熔煉獲得的β鈦合金鑄錠去除冒口和氧化皮后作為坯料，進行四火次鍛造，得到鍛造板坯；

4、步驟二、板材熱軋：將步驟一中得到的鍛造板坯進行三火次熱軋，得到熱軋板材；所述三火次熱軋的溫度均為β鈦合金相變點溫度以上，保溫時間t＝h×b，其中h為對應處理板坯的厚度，單位為mm，b為時間系數，b取值0.8min/mm～1.5min/mm，所述熱軋板材厚度為2.5mm～3.0mm；

5、步驟三、板材退火：將步驟二中得到的熱軋板材進行退火處理；所述退火處理的溫度為β鈦合金相變點溫度以上20℃～40℃，保溫時間為30min～40min；

6、步驟四、帶材冷軋：將步驟三中退火處理后的熱軋板材進行多軋程帶張力冷軋，然后進行矯平和切邊，得到冷軋帶材；所述多軋程帶張力冷軋中每個軋程的總變形量為33％～50％，且每個軋程完成后對冷軋坯進行清洗除油、退火處理；所述帶材的厚度為0.15mm～0.8mm；

7、步驟五、帶材熱處理：采用在線固溶退火的方式對步驟四中得到的冷軋帶材進行熱處理，得到亞穩定β鈦合金薄帶材。

8、上述的一種亞穩定β鈦合金薄帶材的制備方法，其特征在于，步驟一中所述四火次鍛造的第一火和第二火鍛造工藝為兩鐓兩拔，第三火鍛造工藝為換向三鐓三拔，且第一火至第三火鍛造變形量為40％～50％，第四火鍛造工藝為側拔。

9、通常，本發明中四火次鍛造的終鍛溫度大于850℃。

10、上述的一種亞穩定β鈦合金薄帶材的制備方法，其特征在于，步驟二中所述三火次熱軋中的第一火次熱軋溫度為β鈦合金相變點溫度以上80℃～120℃，保溫時間為對應處理板坯厚度的1～1.5倍，單位為min，軋制變形量為75％～80％。

11、上述的一種亞穩定β鈦合金薄帶材的制備方法，其特征在于，步驟二中所述三火次熱軋中的第二火次熱軋為換向軋制，溫度為β鈦合金相變點溫度以上80℃～120℃，保溫時間為對應處理板坯厚度的0.8～1.2倍，單位為min，軋制變形量為65％～80％。

12、上述的一種亞穩定β鈦合金薄帶材的制備方法，其特征在于，步驟二中所述三火次熱軋中的第三火次熱軋溫度為β鈦合金相變點溫度以上50℃～100℃，保溫時間為對應處理板坯厚度的0.8～1.2倍，單位為min，軋制變形量為57％～68％。

13、優選地，本發明中三火次熱軋的每道次軋制變形量為10％～20％。

14、上述的一種亞穩定β鈦合金薄帶材的制備方法，其特征在于，步驟四中所述多軋程帶張力冷軋中的第一個軋程和第二個軋程的總變形量為40％～50％，且每個軋程完成后對冷軋坯進行清洗除油、去應力退火處理，并去除帶材的裂邊及頭部，之后每個軋程的總變形量為33％～43％，且每個軋程完成后對冷軋坯進行清洗除油、去應力退火處理，并去除帶材的裂邊及頭部。

15、上述的一種亞穩定β鈦合金薄帶材的制備方法，其特征在于，步驟四中所述多軋程帶張力冷軋中的第一個軋程和第二個軋程的每道次軋制變形量為10％～15％，第三個軋程和第四個軋程的每道次軋制變形量為5％～10％。

16、上述的一種亞穩定β鈦合金薄帶材的制備方法，其特征在于，步驟五中所述在線固溶退火的溫度為β鈦合金相變點溫度以上25℃～40℃，保溫時間為10min～30min，然后采用高純氬氣氣淬冷卻。

17、同時，本發明還公開了一種由上述的方法制備的亞穩定β鈦合金薄帶材，其特征在于，由以下質量百分含量的成分組成：al?3.02％～3.34％，cr3.10％～3.17％，sn?2.99％～3.16％，v?14.98％～15.06％，fe≤0.25％，c≤0.05％，n≤0.05％，h≤0.015％，o≤0.15％，余量為ti，該β鈦合金相變點為780℃～790℃，該亞穩定β鈦合金薄帶材經固溶退火后的抗拉強度為704mpa～740mpa，屈服強度為696mpa～736mpa，延伸率為26.5％～32.5％，且厚度均勻、表面質量良好、性能穩定。

18、本發明與現有技術相比具有以下優點：

19、1、本發明采用四火次鍛造使得β鈦合金鑄錠的鑄態組織經過反復變形達到晶粒細化的目的，同時調節鍛造過程中變形溫度和整體變形量，實現對鍛造板坯變形能力的整體調控；相較于現有技術中的一至兩火次單向拔長鍛造工藝，本發明的三次鐓拔+一次拔長制備工藝能充分破碎鑄錠的鑄態組織，獲得的鍛造板坯組織更均勻，晶粒更細，有利于后續鍛造板材的加工性能提升，從而提高了產物β鈦合金薄帶材性能的穩定性。

20、2、本發明采用三火次熱軋工藝，通過優化熱軋溫度和變形量，并控制第二火次熱軋為換向軋制，不僅改善了熱軋板材的組織均勻性，還有效破碎和細化晶粒，使得熱軋板材的微觀組織更加均勻，有利于降低熱軋板材在不同方向上性能的差異，使得熱軋板材在各個方向上的力學性能更加接近，提高了熱軋板材的整體質量和可靠性，同時避免應力在單一方向上過度積累，降低板材內部的殘余應力，減少板材在后續加工或使用過程中的變形和開裂風險，提高了后續熱軋板材的冷加工性能，從而獲得具有更好變形組織及綜合性能的熱軋板材。

21、3、本發明在固溶退火后采用高純氬氣氣淬冷卻，嚴格控制冷卻速率，有效避免β鈦合金薄帶材在緩慢冷卻過程中發生的α相析出和晶粒長大現象，從而完全保留β相細晶組織，有利于提升β鈦合金薄帶材的強塑性匹配。

22、4、本發明通過優化熱軋溫度，并控制帶張力多軋程冷軋變形量以及固溶退火制度，有效抑制ω脆性相析出，從而提高冷加工和冷成形能力，實現對亞穩定β鈦合金薄帶材的尺寸精度、微觀組織及力學性能調控。

23、5、本發明的制備方法簡單，工藝適用性強，無生產設備限制，易操作實施，節約成本，可實現批量化生產，具有廣闊的應用前景。

24、6、本發明制備的亞穩定β鈦合金薄帶材在固溶狀態下的抗拉強度為704mpa～740mpa，屈服強度為696mpa～736mpa，延伸率為26.5％～32.5％，且厚度均勻、表面質量良好、性能穩定，同時塑性優異，板型良好且性能各向異性差別較小，符合gb/t?3621-2007《鈦及鈦合金板材》的技術要求，滿足不同領域的應用需求，有利于高強高塑性tb5鈦合金薄帶材的工業化推廣應用。

25、下面通過附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步的詳細描述。