一种提高钛合金箔材弹性性能的方法

本发明涉及金属材料加工，尤其涉及一种提高钛合金箔材弹性性能的方法。

背景技术：

1、随着消费电子产品的快速发展，对钛合金箔材的性能要求也日益提高。现有的钛合金箔材虽然在强度方面表现良好，但在弹性性能方面仍有提升空间。并且，现有钛合金常规板材或棒材状态一般具有较好的弹性，然而制备成箔材以后，弹性性能较差，常规钛合金箔材的弹性应变一般低于0.8％，难以满足柔韧变形的需求。为了满足折叠屏手机、平板电脑等3c电子产品对高弹性钛合金箔材的需求，亟需一种新的加工热处理工艺来显著提高钛合金箔材的弹性性能。

2、目前公开技术中并没有公开任何关于如何提高钛合金箔材弹性性能的方法的技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种提高钛合金箔材弹性性能的方法，通过创新的加工热处理工艺，显著提升钛合金箔材的弹性性能，满足高端电子产品对材料的苛刻要求。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种提高钛合金箔材弹性性能的方法，按以下步骤依次进行：

4、1.合金成分优化：调节合金元素成分含量，使合金的特征参量(η)满足：4.14≤η≤4.20；其中，合金的特征参量(η)根据特定方法计算；

5、所述特定方法包括以下步骤：

6、a.计算钛合金各元素的原子百分比(at％)，所述元素包括但不限于：钛(ti)、钒(v)、铝(al)、钼(mo)、锆(zr)、锡(sn)、铌(nb)、铁(fe)、锰(mn)、钽(ta)和铬(cr)；

7、b.根据原子百分比与各元素的价电子数，计算每个元素的电子浓度，方法为：将元素的原子百分比乘以该元素的价电子数；其中，各元素的价电子数如下：

8、钛(ti):4

9、钒(v):5

10、铝(al):3

11、钼(mo):6

12、锆(zr):4

13、锡(sn):4

14、铌(nb):5

15、铁(fe):8

16、锰(mn):7

17、钽(ta):5

18、铬(cr):6

19、c.将所有元素的电子浓度相加得到特征参量(η)；

20、2.初步热处理：

21、将合金加热至600℃～800℃，以20℃/分钟～100℃/分钟的速率升温，保温10～30分钟，然后快速冷却至室温，冷却速率为10℃/分钟～50℃/分钟。

22、3.等温时效处理：

23、将初步热处理后的合金以5℃/分钟～10℃/分钟的速率升温至300℃～500℃进行保温，保温时间为6小时至12小时，随后以10℃/分钟～20℃/分钟的速率冷却至室温。

24、4.轧制加工：按以下顺序依次进行：

25、多重热轧：

26、第一阶段热轧：将应变诱导处理后的合金加热至700℃-750℃，保温20分钟-30分钟，进行热轧，变形量控制在30％-40％。冷却至300℃～500℃，立即再次加热至600℃～750℃，保温10～30分钟，进行第二次热轧，变形量控制在10％～30％；冷却至室温。

27、第二阶段热轧：将第一次热轧后的合金加热至600℃-650℃，保温20分钟-30分钟，进行第三次热轧，变形量控制在30％-50％。冷却至350℃～450℃，立即再次加热至600℃～700℃，保温10～30分钟，进行第四次热轧，变形量控制在10％～40％。冷却至室温。

28、交替冷轧：

29、第一阶段冷轧：将第二阶段热轧后的合金在室温下进行冷轧，变形量控制在20％-30％，然后将冷轧后的合金置于200℃～300℃环境中进行热处理，保温1小时-2小时，随后冷却至室温。

30、第二阶段冷轧：将第一阶段冷轧后的合金进行90度旋转，再次在室温下进行冷轧，变形量控制在20％-35％，然后将冷轧后的合金置于300℃-350℃环境中进行热处理，保温1～2小时，随后空冷至室温。

31、第三阶段冷轧：将第二阶段冷轧后的合金进行180度旋转，再次在室温下进行冷轧，变形量控制在20％-40％，然后将冷轧后的合金置于300℃-400℃环境中进行热处理，保温1～2小时，随后空冷至室温。

32、最终冷轧：将第三阶段冷轧后的合金进行最终室温冷轧，变形量控制在20％-45％，得到厚度为0.01毫米至0.2毫米的箔材。

33、5.多阶段时效处理：

34、第一阶段：将合金加热至250℃～300℃，保温1小时～3小时，冷却至室温；

35、第二阶段：将合金加热至300℃～400℃，保温1小时-2小时，冷却至室温；

36、第三阶段：将合金加热至400℃～600℃，保温2小时-3小时，冷却至室温。

37、6.应力消除处理：

38、将多阶段时效处理后的合金进行应力消除处理，温度控制在300℃～350℃，保温2小时～4小时，然后冷却至室温。

39、7.应变诱导处理：

40、在应力消除处理后的合金上施加恒定拉伸应力(所施加应力为材料屈服强度的50％)，应力施加速率为1mpa/s～2mpa/s，在350℃～400℃环境中保温1小时-2小时，然后以1mpa/s～2mpa/s的速率释放应力，冷却至室温。

41、8.稳定化处理：

42、将应变诱导处理后的箔材加热至200～300℃，保温1～2小时，然后以5～10℃/分钟的速率冷却至室温，稳定合金的微观结构。

43、9.最终室温时效处理：

44、将合金箔材置于室温环境中，保温2～4小时。

45、本发明通过以上创新的热处理工艺和多阶段轧制加工方法，有效提高了钛合金箔材的弹性性能，使箔材弹性应变大于1％，满足弹性连接的应用需求。

46、发明原理：

47、本发明提出了一种基于复杂多元钛合金体系的成分设计及多阶段热处理方法，旨在通过系统性、迭代式的合金成分优化和多重热处理、冷轧技术，精确调控合金微观结构和相稳定性。

48、1.成分优化：常规钛合金成分设计方法无法获得弹性性能优异的箔材，本技术通过计算合金特征参量(η)，考虑各元素的原子百分比及价电子数，确保特征参量(η)低于4.20，从而优化合金成分，保证相稳定性。

49、2.初步热处理与等温时效：在600℃-800℃范围内快速加热，保温后以高冷却速率冷却至室温，诱导形成细小均匀的初始相结构。随后在300℃-500℃范围内等温时效处理，通过控制时效时间和温度，细化成分组织，增强合金的高温稳定性。

50、3.多阶段轧制加工：结合多重热轧与冷轧技术，通过两阶段热轧和交替冷轧，利用晶体塑性理论中的位错运动和晶粒取向重排效应，确保合金的机械性能和内应力消除，保证高柔性和均匀性。

51、4：多阶段时效处理与应力消除：通过250℃～600℃的渐进升温和保温，实现多级析出相的稳定生长和沉淀硬化。应力消除处理则通过应力松弛效应，提高合金的尺寸稳定性。

52、5.应变诱导与稳定化处理：在350℃～400℃下施加恒定拉伸应力，并保温后缓慢释放应力，优化微观结构。最终的稳定化处理通过在200℃下保温和室温时效处理，确保合金在使用过程中的稳定性和优异性能。

53、本发明方法通过多重创新技术的结合，实现了钛合金的高强度、高柔性和优异抗疲劳性能，展示了在合金成分优化和热处理技术上的突破性进展。

54、本发明的优点：

55、通过创新性的成分优化技术，通过使用特征参量(η)优化钛合金成分，使合金能够在制备为箔材后具有优异的弹性性能。

56、发明采用分阶段热处理方法，包括初步热处理、等温时效处理和多阶段时效处理，精准控制每个阶段的温度和时间，提高合金的微观结构稳定性。

57、结合多重热轧与冷轧工艺，采用交替冷轧和旋转处理技术，通过控制变形量和热处理温度，优化合金的晶粒结构和位错分布，显著提高内应力消除效果。

58、通过本方案获得的钛合金材料弹性性能均有所提升，弹性可恢复应变由常规钛合金的0.6％提升至1.1％以上，提升幅度达到80％以上，能够满足箔材在不同环境下的严格要求。