一种层状高强轻质钛铝复合板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种层状高强轻质钛铝复合板及其制备方法，属于层状复合材料制备加工技术领域。该复合板由LY12铝合金基层和TA18钛合金覆层构成，TA18层和LY12层的厚度比例为1:2。该层状钛铝复合板的制备方法，包括如下步骤：(1)原材料的选择(2)原材料表面处理(3)爆炸焊接(4)软化退火(5)冷轧加工(6)热处理与校平。本发明专利技术制备的层状高强轻质TA18/LY12钛铝复合板力学性能优良，能够在航空、航天器材和武器装备等领域得到实际应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于层状复合材料制备加工
，具体涉及一种层状高强轻质钛铝复合板及其制备方法。
技术介绍
钛合金具有许密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温冲击等优点，但价格较高。铝合金比重低，价格低廉，但强度和耐高温性能较差。如能将二者的优点结合起来，制备出一种高强轻质结构用板材，可以在航空，航天、运输、防护等多领域得到应用。由于钛合金、铝合金两种材料性能差异较大，如何使其很好地结合，并实现高的强度性能和成型性能，成为急需解决的问题。爆炸焊接是一种普遍应用的制造异种金属层状复合板的工艺技术，钛板和铝板通常通过爆炸焊接的方法实现连接。但如果为了实现高强度要求，直接将高强钛合金与铝合金板进行爆炸焊接，由于两者性能差异过大，爆炸结合质量难以满足要求，爆炸产生的应力将很难消除，影响后续的使用。本专利技术针对爆炸复合制备高强铝钛复合板存在的问题，提供了一种“爆炸+轧制”的复合板的制备方法。即使用中等强度但塑性较高的TA18钛合金，降低爆炸加工难度，通过爆炸方法实现钛、铝的初步复合，再通过冷轧-热处理过程，将较厚的爆炸复合板轧制变薄，一方面使TA18强度提高，另一方面能够逐步消除爆炸应力，从而制备出满足尺寸性能要求的高强钛铝复合板。
技术实现思路
本专利技术针对爆炸复合制备高强铝钛复合板存在的问题，提供了一种层状高强轻质钛铝复合板及其制备方法，其特征在于，该层状钛铝复合板由铝合金基层和钛覆层构成，钛覆层与铝合金基层的厚度比例为1∶2，层状钛铝复合板总厚度为2.0～4.0mm。所述钛覆层为钛合金TA18，厚度为0.65～1.35mm；所述铝合金基层为铝合金LY12，厚度为1.35mm～2.7mm。一种层状高强轻质钛铝复合板的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：(1)冷轧钛合金TA18板和铝合金LY12板材作为爆炸焊接初始坯料，TA18板进行真空软化退火，LY12板为退火态；(2)对TA18板进行机械打磨处理，对LY12板进行酸洗钝化处理；(3)将处理好的TA18和LY12板材进行爆炸焊接，所述爆炸焊接采用硝铵混合炸药，其组成为：硝酸铵质量百分比60-80％、TNT质量百分比为3-10％、柴油质量百分比1-10％、余量为锯末，炸药的爆速为2000～4000m/s，药高度为15～30mm，安装间隙为1～4mm，间隙支撑物采用纯铝或纯钛薄片制作；TA18在下，LY12在上，基础炮台为50～100mm厚的钢板，放置在平坦地面，上铺100～300mm厚细砂作为地基，在LY12上表面涂抹2～4mm厚的耐热黄油作为保护层；(4)将爆炸焊接好的钛铝复合板进行软化退火处理；(5)对钛铝复合板进行冷轧加工，加工过程中进行退火处理；(6)按照LY12板材淬火制度对冷轧钛铝复合板进行热处理强化，配合多辊矫平处理，获得高强轻质钛铝复合板材。所述步骤(1)中TA18板两面包覆0.1～0.3mm厚的纯钛，延伸率＞45％；LY12板两面包覆0.2～0.5mm厚纯铝，延伸率＞25％。所述步骤(4)中软化退火温度为410～480℃，保温时间3～10小时。所述步骤(5)中冷轧道次加工率为10％～20％，总共进行2～6道次，总加工率40～60％，加工过程的退火温度为410～480℃，保温时间为3～10小时。本专利技术的优点是：不直接使用高强低塑钛合金，使用中等强度塑性较好的TA18钛合金，改善爆炸复合条件，通过冷轧加工配合热处理实现强度、塑性、尺寸、板型等综合性能匹配良好的高强轻质钛铝板制备，从而使该产品能够在航空、航天器材和武器装备等领域得到实际应用。具体实施方式本专利技术提供了一种层状高强轻质钛铝复合板及其制备方法，下面通过具体实施方式对本专利技术做进一步说明，但并不意味着对本专利技术保护范围的限制。实施例1一种2.25mmTA18/LY12钛铝复合板，其具体特征为，TA18厚度为0.75mm，铝合金LY12厚度为1.5mmTA18层和LY12层的厚度比例为1∶2。一种用于2.25mm层状TA18/LY12复合板的制备方法，包括下述步骤：(1)选择经过退火的软态TA18和LY12板材作为爆炸坯料，TA18板规格为500mm长×500mm宽×1.5mm厚，LY12板规格为550mm长×550mm宽×3mm厚，所述TA18板两面包覆0.1～0.3mm厚的纯钛，延伸率＞45％，LY12板两面包覆0.2～0.5mm厚纯铝，延伸率＞25％；(2)对表面无任何氧化物的TA18板进行机械打磨处理，对LY12板进行酸洗钝化处理；(3)将处理好的TA18和LY12板材进行爆炸焊接，所述爆炸焊接采用硝铵混合炸药，炸药的爆速为1000～3000m/s，药高度为15～30mm，安装间隙为1～4mm，间隙支撑物采用纯铝或纯钛薄片制作，TA18在下，LY12在上，基础炮台为50～100mm厚的钢板，放置在平坦地面，上铺100～300mm厚细砂作为地基，在LY12上表面涂抹2～4mm厚的耐热黄油作为保护层；(4)将爆炸焊接好的钛/铝复合板进行软化退火，退火温度为410～480℃，保温时间3～10小时；(5)爆炸钛/铝复合板进行冷轧到2.25mm的加工，加工过程中进行退火处理，退火温度为410～480℃，保温时间3～10小时；(6)对2.25mm冷轧板材进行淬火处理，淬火温度为493～501℃，经过矫平、时效处理获得高强TA18/LY12钛铝复合板材。实施例2一种4mmTA18/LY12钛铝复合板，其具体特征为，TA18厚度为1.3mm，铝合金LY12厚度为2.7mm，TA18层和LY12层厚度比例大致为1∶2。一种4mm层状TA18/LY12复合板的制备方法，包括下述步骤：(1)选择经过退火的软态TA18和LY12板材作为爆炸坯料，TA18板规格为500mm长×500mm宽×2.5mm厚，LY12板规格为550mm长×550mm宽×5.0mm厚；所述TA18板两面包覆0.1～0.3mm厚的纯钛，延伸率＞45％，LY12板两面包覆0.2～0.5mm厚纯铝，延伸率＞25％；(2)对表面无任何氧化物的TA18板进行机械打磨处理，对LY12板进行酸洗钝化处理(3)将处理好的TA18和LY12板材进行爆炸焊接，所述爆炸焊接采用硝铵混合炸药，炸药的爆速为1000～3000m/s，药高度为15～30mm，安装间隙为1～4mm，间隙支撑物采用纯铝或纯钛薄片制作，TA18在下，LY12在上，基础炮台为50～100mm厚的钢板，放置在平坦地面，上铺100～300mm厚细砂作为地基，在LY12上表面涂抹2～4mm厚的耐热黄油作为保护层；(4)将爆炸焊接好的钛铝复合板进行软化退火，退火温度为410～480℃，保温时间3～10小时；(5)对7.5mm爆炸钛/铝复合板进行冷轧到4mm，加工过程中进行退火处理，退火温度为410～480℃，保温时间3～10小时；(6)对4mm冷轧板材进行淬火处理，淬火温度为493～501℃，经过矫平、时效处理获得高强TA18/LY12钛铝复合板材。经取样分析，4mm钛铝复合板的横向拉伸力学性能为：屈服强度≥520MPa，抗拉强度≥700MPa，断裂伸长率≥12％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层状高强轻质钛铝复合板，其特征在于，该层状钛铝复合板由铝合金基层和钛覆层构成，钛覆层与铝合金基层的厚度比例为1:2；层状钛铝复合板的总厚度为2.0～4.0mm。

【技术特征摘要】
1.一种层状高强轻质钛铝复合板，其特征在于，该层状钛铝复合板由铝合金基层和钛覆层构成，钛覆层与铝合金基层的厚度比例为1:2；层状钛铝复合板的总厚度为2.0～4.0mm。2.根据权利要求1所述的一种层状高强轻质钛铝复合板，其特征在于，所述钛覆层为钛合金TA18，厚度为0.65～1.35mm；所述铝合金基层为铝合金LY12，厚度为1.35mm～2.7mm。3.如权利要求1所述一种层状高强轻质钛铝复合板的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：(1)冷轧钛合金TA18板和铝合金LY12板材作为爆炸焊接初始坯料，TA18板进行真空软化退火，LY12板为退火态；(2)对TA18板进行机械打磨处理，对LY12板进行酸洗钝化处理；(3)将处理好的TA18和LY12板材进行爆炸焊接，所述爆炸焊接采用硝铵混合炸药，其组成为：硝酸铵质量百分比60-80％、TNT质量百分比为3-10％、柴油质量百分比1-10％、余量为锯末，炸药的爆速为2000～4000m/s，药高度为15～30mm，安装间隙为1～4mm，间隙支撑物采用纯铝或纯钛薄片制作；TA18在下，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡捷，李德富，彭海健，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11