一种等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法

摘要

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法。S1、取轧制退火后板坯；S2、将板坯分组；S3、对板坯的界面粗糙化处理和清洗，然后对每组执行如下步骤S4的操作；S4、叠置成板层，将板层的一个侧边焊合并在其它侧边涂覆防氧化涂层，或将板层的全部边缘真空封焊，采用热轧工艺叠轧焊合并最终热轧至板层厚度等于板坯原始厚度，然后空冷；S5、若板层需再次分组，则将板层作为新的板坯返回步骤S2，否则将所有板层形成一组板坯返回步骤S3，直至所有板坯叠轧成一板材；S6、对板材热处理，然后冷却。该方法能够克服热轧变形量不足及叠轧过程中变形开裂和焊合不完全的缺点，制备出等厚度的超细晶板材。

权利要求

1.一种等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、选取预设数量的尺寸相同且轧制退火后的TC4钛合金板坯，所述TC4钛合金板坯的厚度位于1-4mm的范围内，晶粒尺寸位于6-10μm的范围内，所述预设数量大于等于4且为整数；

S2、将所有当前的TC4钛合金板坯平均分组，每组中的TC4钛合金板坯的数量大于等于2且小于等于4；

S3、对所有当前的TC4钛合金板坯的界面进行粗糙化处理和清洗，然后分别对每组TC4钛合金板坯执行如下步骤S4的操作；

S4、将一组TC4钛合金板坯对齐叠置形成TC4钛合金板层，将所述TC4钛合金板层的一个侧边焊合并在其它侧边涂覆防氧化涂层，将所述TC4钛合金板层加热至700-720℃、保温15-

30min，然后对TC4钛合金板层进行多道次热轧，直至所述TC4钛合金板层的厚度等于TC4钛合金板坯的原始厚度时停止热轧，热轧结束后对所述TC4钛合金板层进行冷却；轧制速度位于0.3-0.5m/s的范围内，在热轧时焊合的所述侧边先进入轧辊；

S5、在各组TC4钛合金板坯均执行完步骤S4后，若冷却后的TC4钛合金板层的数量大于之前执行的步骤S2中每组TC4钛合金板坯中的TC4钛合金板坯的数量，则将所有冷却后的TC4钛合金板层作为新的TC4钛合金板坯返回步骤S2并向下执行，若冷却后的TC4钛合金板层的数量小于等于之前执行的步骤S2中每组TC4钛合金板坯中的TC4钛合金板坯的数量，则将所有冷却后的TC4钛合金板层作为当前的TC4钛合金板坯并形成一组TC4钛合金板坯返回步骤S3并向下执行，直至所有TC4钛合金板坯叠轧在一起形成了一个TC4钛合金板材为止；

S6、对所述TC4钛合金板材进行热处理，热处理的温度位于600-700℃的范围内，热处理的时间位于120-180min的范围内，然后进行冷却,冷却后的TC4钛合金板材的晶粒尺寸位于0.4-

1μm的范围内。

2.根据权利要求1所述的等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述预设数量大于等于16，且等于2n或3n，其中，n大于等于2且为整数。

3.根据权利要求2所述的等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法，其特征在于，多次执行步骤S2时，分组后每组中TC4钛合金板坯的数量恒定。

4.根据权利要求1所述的等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，粗糙化处理为打磨处理，并采用丙酮或酒精进行表面清洗。

5.根据权利要求1所述的等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，首道次变形量为50％。

说明书

一种等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法。

背景技术

[0002] TC4(Ti-6Al-4V)钛合金具有低密度、优异的高温强度以及生物相容性、耐腐蚀性等综合性能，被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等诸多领域。钛合金超细晶组织的制备可以显著提高力学性能、生物相容性和超塑性成形能力，在高性能医疗手术器械以及航空用复杂异构件成形方面具有广泛应用，而超细晶组织制备已成为拓展钛合金应用领域的关键。其中，超细晶的晶粒尺寸位于0.1-1μm的范围内。

[0003] 针对钛合金的晶粒细化，国内外通常采用大塑性变形的方法，尽可能提高合金在两相区的加工变形量，使得板材组织充分破碎进而获得等轴细晶组织。然而，钛合金的变形加工工艺窗口狭窄，上述方法仍存在变形极限，无法有效实现晶粒细化。同时，在采用大变形量方法时板材的厚度规格极度减小，无法满足材料设计和结构规格的需要。在此基础上，采用累积叠轧方法可以在保持金属材料尺寸的同时进行剧烈塑性变形，通过多道次重复轧制可以有效细化晶粒及提高材料性能，具有可连续生产薄板类超细晶材料的能力。相关技术已被广泛用于铝合金、铜合金、钢材和复合材料等领域。然而，采用累积叠轧进行钛合金超细晶组织的制备存在诸多难点且研究较少。

[0004] TC4钛合金存在变形抗力高、低的弹性模量和高温易氧化等特点，在叠轧焊合过程中容易出现变形量不足、变形开裂和焊合不完全等现象，导致板材质量和力学性能下降。同时，高温加热过程的剧烈氧化作用严重降低了界面结合强度，累积叠轧工艺及其对钛合金焊合界面的影响尚不清楚，细晶组织的控制方法尚未获得。因此，亟需一种等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法，能够制备出等厚度、超细晶的TC4钛合金板材，并且克服容易出现变形量不足、变形开裂和焊合不完全的缺点，制备出的TC4钛合金板材具有高强度和高界面结合强度。

发明内容

[0005] (一)要解决的技术问题

[0006] 本发明的目的在于提供一种等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法，能够克服因变形量不足而难以实现细晶组织的问题，并保持原始厚度尺寸，同时该方法解决叠轧过程中变形开裂和焊合不完全的缺点，制备出的TC4钛合金板材具有高强度和高界面结合强度。

[0007] (二)技术方案

[0008] 为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

[0009] 本发明提供一种等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法，包括如下步骤：

[0010] S1、选取预设数量的尺寸相同且轧制退火后的TC4钛合金板坯，TC4钛合金板坯的厚度位于1-4mm的范围内，晶粒尺寸位于6-10μm的范围内，预设数量大于等于4且为整数；

[0011] S2、将所有当前的TC4钛合金板坯平均分组，每组中的TC4钛合金板坯的数量大于等于2且小于等于4；

[0012] S3、对所有当前的TC4钛合金板坯的界面进行粗糙化处理和清洗，然后分别对每组TC4钛合金板坯执行如下步骤S4的操作；

[0013] S4、将一组TC4钛合金板坯对齐叠置形成TC4钛合金板层，将TC4钛合金板层的一个侧边焊合并在其它侧边涂覆防氧化涂层，或者将TC4钛合金板层的全部边缘真空封焊，然后对TC4钛合金板层进行多道次热轧，直至TC4钛合金板层的厚度等于TC4钛合金板坯的原始厚度时停止热轧，热轧结束后对TC4钛合金板层进行冷却；

[0014] S5、在各组TC4钛合金板坯均执行完步骤S4后，若冷却后的TC4钛合金板层的数量大于之前执行的步骤S2中每组TC4钛合金板坯中的TC4钛合金板坯的数量，则将所有冷却后的TC4钛合金板层作为新的TC4钛合金板坯返回步骤S2并向下执行，若冷却后的TC4钛合金板层的数量小于等于之前执行的步骤S2中每组TC4钛合金板坯中的TC4钛合金板坯的数量，则将所有冷却后的TC4钛合金板层作为当前的TC4钛合金板坯并形成一组TC4钛合金板坯返回步骤S3并向下执行，直至所有TC4钛合金板坯叠轧在一起形成了一个TC4钛合金板材为止；

[0015] S6、对TC4钛合金板材进行热处理，然后进行冷却。

[0016] 根据本发明，在步骤S1中，预设数量大于等于16，且等于2n或3n，其中，n大于等于2且为整数。

[0017] 根据本发明，在步骤S2中，多次执行步骤S2时，分组后每组中TC4钛合金板坯的数量恒定。

[0018] 根据本发明，在步骤S3中，粗糙化处理为打磨处理，采用丙酮或酒精进行表面清洗。

[0019] 根据本发明，在步骤S4中，首道次变形量为50％，轧制速度位于0.3-0.5m/s的范围内。

[0020] 根据本发明，在步骤S4中，热轧前将TC4钛合金板层加热至700-750℃、保温15-30min，然后进行首道次热轧。

[0021] 根据本发明，在步骤S5中，当将TC4钛合金板层的一个侧边焊合并在其它侧边涂覆防氧化涂层时，在热轧时焊合的侧边先进入轧辊。

[0022] 根据本发明，在步骤S6中，热处理的温度位于600-700℃的范围内，热处理的时间位于120-180min的范围内。

[0023] 根据本发明，在步骤S6中，冷却后的TC4钛合金板材的晶粒尺寸位于0.4-1μm的范围内。

[0024] (三)有益效果

[0025] 本发明的有益效果是：

[0026] 本发明的等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法中，步骤S1中采用轧制退火后的TC4钛合金板坯，有利于后续进行剧烈塑性变形，进而有利于晶粒细化；步骤S3中对TC4钛合金板坯的界面进行粗糙化处理和清洗，有利于消除氧化皮和油污，获得新鲜的粗糙的表面，进而能够促进后续叠轧过程中在轧制力和温度的共同作用下，叠合界面表面发生扩散，进而实现较高的界面结合强度；钛合金在高温阶段存在剧烈的界面氧化，氧化层会阻碍原子扩散进而严重降低叠轧界面的焊合强度，造成焊合不完全，在步骤S4中，将TC4钛合金板层的一个侧边焊合并在其它侧边涂覆防氧化涂层、或将TC4钛合金板层的全部边缘真空封焊，此方法旨在消除热轧前加热过程中的界面氧化，提高界面结合强度，并且同时焊合边界可以保证在轧制过程中板坯不发生分离；步骤S4中将多层的板坯叠合热轧，既保证界面的叠轧焊合强度，同时使得叠轧板材中存在大量的变形储能，从而使得在后续热处理过程中充分进行晶粒细化，获得超细晶组织；本发明中，将多个TC4钛合金板坯经过至少一次分组热轧再最后热轧成一个TC4钛合金板材，叠轧焊合过程循环进行，有利于保证TC4钛合金板材获得较大的塑性变形，实现晶粒细化；步骤S6中对TC4钛合金板材进行热处理，有效地控制再结晶和晶粒长大过程，最终可以获得均匀、细小的微观组织。综上，本发明通过累积叠轧对变形抗力高、高温易氧化的TC4钛合金板坯进行大塑性变形以及后续的热处理步骤，克服了容易出现变形量不足、变形开裂和焊合不完全的缺点，制备出了超细晶的TC4钛合金板材，并且该TC4钛合金板材具有高强度和高界面结合强度，且与原有TC4钛合金板坯等厚度。

附图说明

[0027] 图1是如下具体实施方式提供的实施例一中的等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法的流程示意图；

[0028] 图2是如下具体实施方式提供的实施例一中的等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法制备出的TC4钛合金板材的叠轧界面和变形组织示意图，其中，白色箭头指向TC4钛合金板材的叠轧界面；

[0029] 图3是图1中的TC4钛合金板材的超细晶组织照片。

具体实施方式

[0030] 为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

[0031] 实施例一

[0032] 在本实施例中提供一种超细晶TC4钛合金板材的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

[0033] S1、选取16个尺寸相同(即各个TC4钛合金板坯的长度、宽度和厚度均是相同的)且轧制退火后的TC4钛合金板坯，TC4钛合金板坯的厚度为1mm，晶粒尺寸位于6-10μm的范围内。

[0034] S2、将所有当前的TC4钛合金板坯平均分为4组，每组中的TC4钛合金板坯的数量为4个。

[0035] S3、对所有当前的TC4钛合金板坯的界面(“界面”为TC4钛合金板坯在后续步骤中要与其它板坯贴合的表面)进行打磨处理和采用酒精或丙酮进行表面清洗。打磨处理和清洗完毕后，进行干燥，然后分别对每组TC4钛合金板坯执行如下步骤S4的操作，即对4组TC4钛合金板分别进行一次步骤S4；

[0036] S4、将一组TC4钛合金板坯对齐叠置形成TC4钛合金板层，将TC4钛合金板层的一个侧边焊合并在其它侧边涂覆防氧化涂层(防氧化涂层的材料为氧化钙、氧化镁等)，之后将TC4钛合金板层在加热炉中加热至700℃、保温20min，然后对TC4钛合金板层进行多道次热轧，直至TC4钛合金板层的厚度等于TC4钛合金板坯的原始厚度(即1mm)时停止热轧，在本实施例中，经过两次热轧达到等厚度要求，热轧结束后TC4钛合金板层空冷至室温，其中，首道次变形量为50％，轧制速度(每个道次的轧制速度)均0.5m/s的范围内，并且每道次热轧时，焊合的侧边先进入轧辊。

[0037] S5、在4组TC4钛合金板坯均执行完步骤S4后，形成4个一体的TC4钛合金板层，此时TC4钛合金板层的数量等于步骤2中每组TC4钛合金板坯中的TC4钛合金板坯的数量，无需对冷却后的TC4钛合金板层需要再次分组，直接将4个冷却后的TC4钛合金板层作为当前的TC4钛合金板坯并形成一组TC4钛合金板坯返回步骤S3并向下执行，执行后，所有TC4钛合金板坯叠轧在一起形成了一个TC4钛合金板材。由此可见，本实施例中，16个TC4钛合金板坯以4个为一组进行热轧，重复执行2次步骤S3-S4后形成一个整体的TC4钛合金板材。最终的总变形量为94％.

[0038] S6、对步骤S5形成的TC4钛合金板材进行热处理，热处理的温度为600℃，热处理的时间为180min。然后进行炉冷。

[0039] 最终获得晶粒尺寸位于0.5-1μm的范围内的超细晶TC4钛合金板材。

[0040] 在上述步骤中，步骤S1中采用轧制退火后的TC4钛合金板坯，有利于后续进行剧烈塑性变形，进而有利于晶粒细化；步骤S3中对TC4钛合金板坯的界面进行粗糙化处理和清洗，有利于消除氧化皮和油污，获得新鲜的粗糙的表面，进而能够促进后续叠轧过程中在轧制力和温度的共同作用下，叠合界面表面发生扩散，进而实现较高的界面结合强度；钛合金在高温阶段存在剧烈的界面氧化，氧化层会阻碍原子扩散进而严重降低叠轧界面的焊合强度，造成焊合不完全，在步骤S4中，将TC4钛合金板层的一个侧边焊合并在其它侧边涂覆防氧化涂层，旨在消除热轧前加热过程中的界面氧化，提高界面结合强度，并且同时焊合边界可以保证在轧制过程中板坯不发生分离，不分层开裂；步骤S4中将多层的板坯叠合热轧，既保证界面的叠轧焊合强度，同时使得叠轧板材中存在大量的变形储能，从而使得在后续热处理过程中充分进行晶粒细化，获得超细晶组织，此外，提高生产效率，同时使得偏离中心位置的叠合界面获得较大的轧制力提高界面结合强度；上述实施例中，将16个TC4钛合金板坯经过一次分组热轧再最后热轧成一个TC4钛合金板材，通过叠轧焊合过程的循环进行，有利于保证TC4钛合金板材获得较大的塑性变形，实现晶粒细化；步骤S6中对TC4钛合金板材进行热处理，有效的控制再结晶和晶粒长大过程，最终可以获得均匀、细小的微观组织。

[0041] 综上，参照图2和图3，上述制备方法，通过累积叠轧对变形抗力高、高温易氧化的TC4钛合金板坯进行大塑性变形以及后续的热处理步骤，克服了容易出现变形量不足、变形开裂和焊合不完全的缺点，制备出了超细晶的TC4钛合金板材，从图2中可明显看出结合的好，并且该TC4钛合金板材具有高强度和高界面结合强度，且与原有TC4钛合金板坯等厚度。此外，还有利于钛合金生物相容性和低温超塑性性能的提高。尤其在钛合金医疗器械以及复杂异构件制备方面具有明确的应用价值。

[0042] 实施例二

[0043] 在本实施例中，改变上述实施例一的一些参数重复进行本发明的等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法。具体如下：

[0044] S1、选取27个尺寸相同且轧制退火后的TC4钛合金板坯，TC4钛合金板坯的厚度为2mm，晶粒尺寸位于6-10μm的范围内。

[0045] S2、将所有当前的TC4钛合金板坯平均分为9组，每组中的TC4钛合金板坯的数量为3个。

[0046] S3、对所有当前的TC4钛合金板坯(共27个)的界面进行打磨处理和采用酒精或丙酮进行表面清洗。打磨处理和清洗完毕后，进行干燥，然后分别对每组TC4钛合金板坯执行如下步骤S4的操作，即对9组TC4钛合金板分别进行一次步骤S4；

[0047] S4、将一组TC4钛合金板坯对齐叠置形成TC4钛合金板层，将TC4钛合金板层的一个侧边焊合并在其它侧边涂覆防氧化涂层(防氧化涂层的材料为氧化钙、氧化镁等)，之后将TC4钛合金板层在加热炉中加热至720℃、保温15min，然后对TC4钛合金板层进行多道次热轧，直至TC4钛合金板层的厚度等于TC4钛合金板坯的原始厚度(即2mm)时停止热轧，在本实施例中，经过两次热轧达到等厚度要求，热轧结束后TC4钛合金板层空冷至室温，其中，首道次变形量为50％，轧制速度(每个道次的轧制速度)均0.3m/s的范围内，并且每道次热轧时，焊合的侧边先进入轧辊。

[0048] S5、在9组TC4钛合金板坯均执行完步骤S4后，形成9个一体的TC4钛合金板层，此时TC4钛合金板层的数量大于步骤2中每组TC4钛合金板坯中的TC4钛合金板坯的数量，对冷却后的TC4钛合金板层需要再次分组，则将9个冷却后的TC4钛合金板层作为新的TC4钛合金板坯返回步骤S2并向下执行。

[0049] 第二次S2、将所有当前的TC4钛合金板坯平均分为3组，每组中的TC4钛合金板坯的数量为3个，与上次分组时每组中TC4钛合金板坯的数量相同。

[0050] 第二次S3、对所有当前的TC4钛合金板坯(共9个)的界面进行打磨处理和采用酒精或丙酮进行表面清洗。打磨处理和清洗完毕后，进行干燥，然后分别对每组TC4钛合金板坯执行如下步骤S4的操作，即对3组TC4钛合金板分别进行一次步骤S4；

[0051] 第二次S4、与前一次相同，不再赘述。

[0052] 第二次S5、在3组TC4钛合金板坯均执行完步骤S4后，形成3个一体的TC4钛合金板层，此时TC4钛合金板层的数量等于步骤2中每组TC4钛合金板坯中的TC4钛合金板坯的数量，对冷却后的TC4钛合金板层不需要再次分组，将3个冷却后的TC4钛合金板层作为当前的TC4钛合金板坯并形成一组TC4钛合金板坯返回步骤S3并向下执行。

[0053] 第三次S3、对所有当前的TC4钛合金板坯(共3个)的界面进行打磨处理和采用酒精或丙酮进行表面清洗。打磨处理和清洗完毕后，进行干燥，然后分别对每组TC4钛合金板坯执行如下步骤S4的操作，此时只有一组TC4钛合金板，即对此组TC4钛合金板进行一次步骤S4；

[0054] 第三次S4、与前一次相同，不再赘述。

[0055] 第三次S5、在1组TC4钛合金板坯执行完步骤S4后，所有TC4钛合金板坯叠轧在一起形成了一个TC4钛合金板材，此时终止循环。

[0056] S6、对步骤S5形成的TC4钛合金板材进行热处理，热处理的温度为650℃，热处理的时间为150min。然后进行炉冷。

[0057] 最终获得晶粒尺寸位于0.4-0.8μm的范围内的超细晶TC4钛合金板材。

[0058] 综上，本实施例中，27个TC4钛合金板坯以3个为一组进行热轧，第一次执行到步骤S5时有9个TC4钛合金板层，第二次执行到步骤S5时有3个TC4钛合金板层，此时TC4钛合金板层无需再次分组，则将所有冷却后的TC4钛合金板层从步骤S3并向下执行，再次执行到步骤S5时形成了一个一体的TC4钛合金板材。由此，重复执行3次步骤S3-S4后形成一个整体的TC4钛合金板材。最终的总变形量为96％。

[0059] 实施例三

[0060] 在本实施例中，改变上述实施例一的一些参数重复进行本发明的等厚度超细晶TC4钛合金板材的制备方法。具体如下：

[0061] S1、选取32个尺寸相同且轧制退火后的TC4钛合金板坯，TC4钛合金板坯的厚度为4mm，晶粒尺寸位于6-10μm的范围内。

[0062] S2、将所有当前的TC4钛合金板坯平均分为16组，每组中的TC4钛合金板坯的数量为2个。

[0063] S3、对所有当前的TC4钛合金板坯的界面进行打磨处理和采用酒精或丙酮进行表面清洗。打磨处理和清洗完毕后，进行干燥，然后分别对每组TC4钛合金板坯执行如下步骤S4的操作，即对16组TC4钛合金板分别进行一次步骤S4；

[0064] S4、将一组TC4钛合金板坯对齐叠置形成TC4钛合金板层，将TC4钛合金板层的全部边缘采用电子束真空封焊，之后将TC4钛合金板层在加热炉中加热至750℃、保温30min，然后对TC4钛合金板层进行多道次热轧，直至TC4钛合金板层的厚度等于TC4钛合金板坯的原始厚度(即2mm)时停止热轧，在本实施例中，经过两次热轧达到等厚度要求，热轧结束后TC4钛合金板层空冷至室温，其中，首道次变形量为50％，轧制速度(每个道次的轧制速度)均0.3m/s的范围内，并且每道次热轧时，焊合的侧边先进入轧辊。

[0065] S5、在16组TC4钛合金板坯均执行完步骤S4后，形成16个一体的TC4钛合金板层，此时TC4钛合金板层的数量大于步骤2中每组TC4钛合金板坯中的TC4钛合金板坯的数量，需对冷却后的TC4钛合金板层需要再次分组，则将16个冷却后的TC4钛合金板层作为新的TC4钛合金板坯返回步骤S2并向下执行。

[0066] 第二次S2、将所有当前的TC4钛合金板坯平均分为8组，每组中的TC4钛合金板坯的数量为2个，与上次分组时每组中TC4钛合金板坯的数量相同。

[0067] 第二次S3、对所有当前的TC4钛合金板坯(共16个)的界面进行打磨处理和采用酒精或丙酮进行表面清洗。打磨处理和清洗完毕后，进行干燥，然后分别对每组TC4钛合金板坯执行如下步骤S4的操作，即对8组TC4钛合金板分别进行一次步骤S4；

[0068] 第二次S4、与前一次相同，不再赘述。

[0069] 第二次S5、在8组TC4钛合金板坯均执行完步骤S4后，形成8个一体的TC4钛合金板层，此时TC4钛合金板层的数量大于步骤2中每组TC4钛合金板坯中的TC4钛合金板坯的数量，需对冷却后的TC4钛合金板层需要再次分组，则将8个冷却后的TC4钛合金板层作为新的TC4钛合金板坯返回步骤S2并向下执行。

[0070] 第三次S2、将所有当前的TC4钛合金板坯平均分为4组，每组中的TC4钛合金板坯的数量为2个，与上次分组时每组中TC4钛合金板坯的数量相同。

[0071] 第三次S3、对所有当前的TC4钛合金板坯(共4个)的界面进行打磨处理和采用酒精或丙酮进行表面清洗。打磨处理和清洗完毕后，进行干燥，然后分别对每组TC4钛合金板坯执行如下步骤S4的操作，即对4组TC4钛合金板分别进行一次步骤S4；

[0072] 第三次S4、与前一次相同，不再赘述。

[0073] 第三次S5、在4组TC4钛合金板坯均执行完步骤S4后，形成4个一体的TC4钛合金板层，此时TC4钛合金板层的数量大于步骤2中每组TC4钛合金板坯中的TC4钛合金板坯的数量，需对冷却后的TC4钛合金板层需要再次分组，则将4个冷却后的TC4钛合金板层作为新的TC4钛合金板坯返回步骤S2并向下执行。

[0074] 第四次S2、将所有当前的TC4钛合金板坯平均分为2组，每组中的TC4钛合金板坯的数量为2个，与上次分组时每组中TC4钛合金板坯的数量相同。

[0075] 第四次S3、对所有当前的TC4钛合金板坯(共4个)的界面进行打磨处理和采用酒精或丙酮进行表面清洗。打磨处理和清洗完毕后，进行干燥，然后分别对每组TC4钛合金板坯执行如下步骤S4的操作，即对2组TC4钛合金板分别进行一次步骤S4；

[0076] 第四次S4、与前一次相同，不再赘述。

[0077] 第四次S5、在2组TC4钛合金板坯均执行完步骤S4后，形成2个一体的TC4钛合金板层，此时TC4钛合金板层的数量大于步骤2中每组TC4钛合金板坯中的TC4钛合金板坯的数量，对冷却后的TC4钛合金板层不需要再次分组，将2个冷却后的TC4钛合金板层作为当前的TC4钛合金板坯并形成一组TC4钛合金板坯返回步骤S3并向下执行。

[0078] 第五次S3、对所有当前的TC4钛合金板坯(共2个)的界面进行打磨处理和采用酒精或丙酮进行表面清洗。打磨处理和清洗完毕后，进行干燥，然后分别对每组TC4钛合金板坯执行如下步骤S4的操作，此时只有一组TC4钛合金板，即对这一组TC4钛合金板进行一次步骤S4；

[0079] 第五次S4、与前一次相同，不再赘述。

[0080] 第五次S5、在1组TC4钛合金板坯执行完步骤S4后，所有TC4钛合金板坯叠轧在一起形成了一个TC4钛合金板材，此时终止循环。

[0081] S6、对步骤S5形成的TC4钛合金板材进行热处理，热处理的温度为700℃，热处理的时间为120min。然后进行炉冷。

[0082] 最终获得晶粒尺寸位于0.4-1μm的范围内的超细晶TC4钛合金板材。

[0083] 综上，本实施例中，32个TC4钛合金板坯以2个为一组进行热轧，第一次执行到步骤S5时有16个TC4钛合金板层，第二次执行到步骤S5时有8个TC4钛合金板层，第三次执行到步骤S5时有4个TC4钛合金板层，第四次执行到步骤S5时有2个TC4钛合金板层，此时TC4钛合金板层无需再次分组，则将所有冷却后的TC4钛合金板层从步骤S3并向下执行，再次执行到步骤S5时形成了一个一体的TC4钛合金板材。由此，重复执行5次步骤S3-S4后形成一个整体的TC4钛合金板材。最终的总变形量为97％。

[0084] 参照上述三个实施例，形成本发明的如下规范步骤，在任何一个实施例中均可以如下步骤为基础进行参数的选择：

[0085] S1、选取预设数量的尺寸相同且轧制退火后的TC4钛合金板坯，TC4钛合金板坯的厚度位于1-4mm的范围内，晶粒尺寸位于6-10μm的范围内，预设数量大于等于4且为整数；

[0086] S2、将所有当前的TC4钛合金板坯平均分组，每组中的TC4钛合金板坯的数量大于等于2且小于等于4；

[0087] S3、对所有当前的TC4钛合金板坯的界面进行粗糙化处理和清洗，然后分别对每组TC4钛合金板坯执行如下步骤S4的操作；

[0088] S4、将一组TC4钛合金板坯对齐叠置形成TC4钛合金板层，将TC4钛合金板层的一个侧边焊合并在其它侧边涂覆防氧化涂层，或者将TC4钛合金板层的全部边缘真空封焊，然后对TC4钛合金板层进行多道次热轧，直至TC4钛合金板层的厚度等于TC4钛合金板坯的原始厚度时停止热轧，热轧结束后对TC4钛合金板层进行冷却；

[0089] S5、在各组TC4钛合金板坯均执行完步骤S4后，若冷却后的TC4钛合金板层需要再次分组(即若冷却后的TC4钛合金板层的数量大于之前执行的步骤S2中每组TC4钛合金板坯中的TC4钛合金板坯的数量)，则将所有冷却后的TC4钛合金板层作为新的TC4钛合金板坯返回步骤S2并向下执行，若冷却后的TC4钛合金板层无需再次分组(即若冷却后的TC4钛合金板层的数量小于等于之前执行的步骤S2中每组TC4钛合金板坯中的TC4钛合金板坯的数量)，则将所有冷却后的TC4钛合金板层作为当前的TC4钛合金板坯并形成一组TC4钛合金板坯返回步骤S3并向下执行，直至所有TC4钛合金板坯叠轧在一起形成了一个TC4钛合金板材为止；

[0090] S6、对TC4钛合金板材进行热处理，然后进行冷却。

[0091] 优选地，在步骤S1中，预设数量大于等于16，且等于2n或3n，其中，n大于等于2且为整数。例如，预设数量为4、8、16、27、32。

[0092] 优选地，多次执行步骤S2时，分组后每组中TC4钛合金板坯的数量恒定，即后一次分组时每组中TC4钛合金板坯的数量与前次分组时的相同。

[0093] 优选地，先进行粗糙化处理，再清洗。

[0094] 优选地，在步骤S3中，粗糙化处理为打磨处理，采用丙酮或酒精进行表面清洗。

[0095] 优选地，在步骤S4中，首道次变形量为50％，轧制速度位于0.3-0.5m/s的范围内。

[0096] 优选地，在步骤S4中，热轧前将TC4钛合金板层在加热炉中加热至700-750℃、保温15-30min，然后进行首道次热轧。

[0097] 优选地，在步骤S4中，热轧结束后对TC4钛合金板层采用空冷方式进行冷却。

[0098] 优选地，在步骤S5中，当将TC4钛合金板层的一个侧边焊合并在其它侧边涂覆防氧化涂层时，在热轧时焊合的侧边先进入轧辊。

[0099] 优选地，在步骤S6中，热处理的温度位于600-700℃的范围内，热处理的时间位于120-180min的范围内。

[0100] 优选地，在步骤S6中，冷却后的TC4钛合金板材的晶粒尺寸位于0.4-1μm的范围内。

[0101] 优选地，在步骤S6中，冷却方式可采用炉冷或空冷。

[0102] 优选地，步骤S1中的预设数量与步骤S2中的分组的组数和每组的TC4钛合金板坯的数量、以及步骤S5中冷却后的TC4钛合金板层的数量配合设置，保证步骤S4每次执行时均是恒定数量的TC4钛合金板坯叠合热轧。

[0103] 例如，预设数量为4，每组为2个，这样第一次两两热轧，之后形成两个双层的TC4钛合金板层，再热轧到一起形成一个4层的TC4钛合金板材；

[0104] 例如，预设数量为8，每组为2个，这样第一次两两热轧，之后形成4个双层的TC4钛合金板层，再两两热轧，形成2个四层的TC4钛合金板层，再热轧到一起形成一个8层的TC4钛合金板材；

[0105] 例如，预设数量为16，每组为4个，这样第一次四四热轧，之后形成4个四层的TC4钛合金板层，再四四热轧到一起形成一个16层的TC4钛合金板材；

[0106] 例如，预设数量为16，每组为2个，这样第一次两两热轧，之后形成8个双层的TC4钛合金板层，再两两热轧，形成4个四层的TC4钛合金板层，再两两热轧，形成2个8层的TC4钛合金板层，最后再热轧到一起形成一个16层的TC4钛合金板材；

[0107] 例如，预设数量为27，每组为3个，这样第一次三三热轧，之后形成9个三层的TC4钛合金板层，再三三热轧，形成3个九层的TC4钛合金板层，再热轧到一起形成一个27层的TC4钛合金板材；

[0108] 例如，预设数量为32，每组为2个，这样第一次两两热轧，之后形成16个双层的TC4钛合金板层，再两两热轧，形成8个四层的TC4钛合金板层，再两两热轧，形成4个8层的TC4钛合金板层，再两两热轧，形成2个16层的TC4钛合金板层，最后再热轧到一起形成一个32层的TC4钛合金板材。

[0109] 下表示出了TC4钛合金板材的层数与总变形量和各层板坯之间的间距关系，可知，叠轧层数越多，板材间距越小，结合也越紧密。

[0110] 表1 TC4钛合金板材的层数与总变形量和各层板坯之间的间距关系[0111]

[0112] 以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。