一种具有优良热加工性能的钛合金及其制备方法技术

本申请公开了一种具有优良热加工性能的钛合金，所述钛合金包含以下重量百分含量的合金元素：Al为5.8～6.8％，V为3.8～4.8％，Fe为0.5～1.5％，余量为钛及不可避免的杂质。还公开了其制备方法，包括合金包制备；电极压制及焊接；真空电弧重熔；开坯锻造；自由锻造等步骤。本申请提供的具有优良热加工性能的钛合金，通过Fe元素的加入，降低了合金热加工塑性变形下流变抗力，使得合金的热加工成本相对于TC4合金降低了15％。

Titanium alloy with excellent hot workability and preparation method thereof

The invention discloses a titanium alloy with excellent thermal processing properties of alloy elements following weight percentage of the titanium alloy containing Al is 5.8 ~ 6.8%, V is 3.8 ~ 4.8%, 0.5 ~ 1.5% Fe, the balance of titanium and inevitable impurities. The invention also discloses a preparation method thereof, which comprises the steps of the preparation of the alloy package, the pressing and welding of the electrode, the vacuum arc remelting, the open forging, the free forging, and the like. Titanium alloy is provided with excellent hot workability, through the addition of Fe, reduce the plastic deformation processing of the alloy rheological resistance, so that the thermal processing cost of alloy decreased by 15% compared with TC4 alloy.

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及一种具有优良热加工性能的钛合金及其制备方法，属于材料加工

技术介绍
TC4钛合金作为一种使用最为广泛地α+β两相钛合金，由于其具有高比强度和强耐腐蚀等优异的综合性能，现已广泛用于飞机起落架、发动机叶片以及汽车连杆等零部件上。然而，TC4钛合金在高温下塑性变形加工时面临流变抗力较大的劣势，从而导致其热加工性能较差。针对钛合金热加工性能差的情况，现有技术中，一般通过以下几种方法来解决这个问题：(1)添加强β稳定化元素来获得大量热加工性能优异的β相，降低热变形过程中合金所受的流变抗力；(2)加入少量的B或者Si等元素来细化原始铸造组织，利于后续的热机械加工工序；(3)通过锻造或者轧制等工序来获得细小均匀的室温组织，减少后续热变形加工制备零部件时出现变形开裂的现象，从而进一步提高其热加工性能，降低热加工成本。专利号为ZL200810150893.2，名称为“一种低成本高强度钛合金”的专利中提供了一种低成本高强度钛合金，通过分别添加1％～3％的Fe和Cr元素制备出一种Ti-Al-V-Fe-Cr合金，该合金在保证高强度的情况下具有较高的塑性，并且该合金的热加工性良好，易于生产。申请号为201010241013.X，名称为“一种钛铝铁合金”的专利申请中提出了一种钛铝铁合金，其中0.6～2％Fe元素的加入使得该合金的热变形抗力比TC4合金小，合金超塑性变形的温度范围广，热加工性能好。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种具有优良热加工性能的钛合金，本申请提供的具有优良热加工性能的钛合金，通过Fe元素的加入，降低了合金热加工塑性变形下流变抗力，使得合金的热加工成本相对于TC4合金降低了15％。一种具有优良热加工性能的钛合金，其特征在于，所述钛合金包含以下重量百分含量的合金元素：Al为5.8～6.8％，V为3.8～4.8％，Fe为0.5～1.5％，余量为钛及不可避免的杂质。优选地，所述钛合金包含以下重量百分含量的合金元素：Al为6～6.5％，V为4～4.5％，Fe为0.5～1.0％，余量为钛及不可避免的杂质。优选地，所述不可避免的杂质包括：O为≤0.2％、C为≤0.05％、N为≤0.05％、H为≤0.01％，所述百分含量为重量百分含量。根据本申请的另一方面，提供了一种具有优良加工性能的钛合金的制备方法。一种具有优良加工性能的钛合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)、合金包制备：将定量的铝豆、铝钒合金、铝铁合金以及TiO2粉末包覆于铝箔中，折叠制备成合金包；(2)、电极压制及焊接：将海绵钛和合金包借助压机压制成致密的电极块，同时借助氩弧焊接得到焊接电极块；(3)、真空电弧重熔：在电弧电压28～30V，电弧电流3～3.6kA以及10-2Pa条件下，对步骤(2)所得的焊接电极块进行二次熔炼，每次熔炼时长为15～20min，得到圆柱形铸锭；(4)、开坯锻造：将步骤(3)所得的圆柱形铸锭开坯锻造成长方体毛坯；(5)、自由锻造：将步骤(4)所得的长方体毛坯自由锻造加工成30mm厚的板坯。优选地，所述步骤(4)具体包括：(4)、开坯锻造：将步骤(3)所得的圆柱形铸锭升温至1000～1100℃后，保温1～1.5h，通过2000T压机进行开坯，最终将圆柱形铸锭变形加工成长方体毛坯。优选地，所述步骤(5)具体包括：(5)、自由锻造：将步骤(4)所得的长方体毛坯重新加热至1000～1050℃，借助5T冲锤将长方体毛坯变形加工成30mm厚的板坯，终锻温度维持在930℃以上。优选地，在进行步骤(4)开坯锻造前，还包括对所述圆柱形铸锭进行单边扒皮3～6mm，在距离铸锭头部150～250mm处取用于对所述圆柱形铸锭成分进行检测氢氧样和屑样的过程。优选地，在进行步骤(4)开坯锻造前，通过超声波检测确定缩孔距所述圆柱形铸锭头部的距离，标记后锯切冒口，同时切除锭底10～15mm的部位。优选地，在所述的步骤(4)中，所述圆柱形铸锭变形程度为50～70％，最终压成80mm～90mm厚的长方体坯。优选地，在所述的步骤(5)中，每道次自由锻造的变形量≤10％，最终锻造成30mm厚的板坯。本申请能产生的有益效果包括：本申请提供的一种Fe元素掺杂的TC4合金成分，同时也提出了该钛合金相应锻件的制备方法。通过Fe元素的加入，降低了合金热加工塑性变形下流变抗力，使得合金的热加工成本相对于TC4合金降低了15％；开坯锻造时采取反复镦拔工序，使得原始铸件的粗大晶粒得到充分破碎，最终得到的细小均匀、无明显偏析的片状组织，利于后续的热机械处理以及零部件的制备。针对TC4合金来说，高温下塑性变形时面临较高的流变抗力往往会导致其加工成本过高。本申请中，在钛合金中添加了Fe元素，Fe作为一种廉价的β相稳定化元素，一定量Fe元素的加入会致使合金β相转变温度得到下降，相同变形温度下相较TC4合金具有较多地易于变形的β相，造成合金流变抗力下降；同时Fe作为间隙元素溶于β相中会形成成对空位并具有较高的空位浓度，从而提高了β相中的扩散效率，导致合金中出现动态回复或动态再结晶行为的时间会有所提前，从而进一步的降低合金高温塑性变形下的流变应力。通过对坯料进行β锻空冷后得到网篮组织与魏氏组织相结合的组织形貌，形成断续的细小片状α相，使得合金具有良好的热机械处理能力，从而防止合金后续热加工制备零部件时出现变形失效。附图说明图1为本申请实施例1的具有优良热加工性能的钛合金锻件的1000倍的金相显微图；图2为TC4合金和本申请实施例1的具有优良热加工性能的钛合金在相同热变形条件下的应力应变曲线对比图；图3为本申请实施例1的具有优良热加工性能的钛合金热变形后的宏观形貌照片；图4为本申请实施例1的具有优良热加工性能的钛合金热变形后的500倍的金相显微图。具体实施方式下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。实施例1一种具有优良热加工性能的钛合金，按重量百分比由Al为6％、V为4％、Fe为0.5％、O为≤0.2％、C为≤0.05％、N为≤0.05％、H为≤0.01％，余量为Ti。将定量的铝豆、铝钒合金、铝铁合金以及TiO2粉末包覆于铝箔中，折叠制备成合金包；将合金包置于海绵钛中通过压机压制成致密的电极块，借助氩弧焊的方式形成焊接电极块；然后在电弧电压28～30V，电弧电流3～3.6kA以及真空度10-2Pa的条件下，对上述的焊接电极块进行二次真空熔炼，每次熔炼时长为15～20min，得到质量为30kg左右的铸锭。铸锭开坯锻造前铸锭表面进行单边扒皮3～6mm，在距离铸锭头部150～250mm处取氢氧样和屑样，用于对铸锭成分进行检测；通过超声波检测确定缩孔距铸锭头部的距离，标记后锯切冒口，同时切除锭底10-15mm左右的边缘部位。开坯锻造时试样最终变形程度为50～70％，最终压成80～90mm左右厚的长方体坯，然后打磨去除表面缺陷部分。自由锻过程中每道次变形量≤10％，最终锻成30mm左右厚的板坯。实施例2一种具有优良热加工性能的钛合金，按重量百分比：Al为6.5％、V为4.5％、Fe为1.0％、O为≤0.2％、C为≤0.05％、N为≤0.05％、H为≤0.01％，余量为Ti；将定量的铝豆、铝钒合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有优良热加工性能的钛合金，其特征在于，所述钛合金包含以下重量百分含量的合金元素：Al为5.8～6.8％，V为3.8～4.8％，Fe为0.5～1.5％，余量为钛及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种具有优良热加工性能的钛合金，其特征在于，所述钛合金包含以下重量百分含量的合金元素：Al为5.8～6.8％，V为3.8～4.8％，Fe为0.5～1.5％，余量为钛及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的具有优良热加工性能的钛合金，其特征在于，所述钛合金包含以下重量百分含量的合金元素：Al为6～6.5％，V为4～4.5％，Fe为0.5～1.0％，余量为钛及不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述的具有优良热加工性能的钛合金，其特征在于，所述不可避免的杂质包括：O为≤0.2％、C为≤0.05％、N为≤0.05％、H为≤0.01％，所述百分含量为重量百分含量。4.一种如权利要求1-3任意一项所述的具有优良加工性能的钛合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)、合金包制备：将定量的铝豆、铝钒合金、铝铁合金以及TiO2粉末包覆于铝箔中，折叠制备成合金包；(2)、电极压制及焊接：将海绵钛和合金包借助压机压制成致密的电极块，同时借助氩弧焊接得到焊接电极块；(3)、真空电弧重熔：在电弧电压28～30V，电弧电流3～3.6kA以及10-2Pa条件下，对步骤(2)所得的焊接电极块进行二次熔炼，每次熔炼时长为15～20min，得到圆柱形铸锭；(4)、开坯锻造：将步骤(3)所得的圆柱形铸锭开坯锻造成长方体毛坯；(5)、自由锻造：将步骤(4)所得的长方体毛坯自由锻造加工成30mm厚的板坯。5.根据权利要求4所述的具有优良热加工...

【专利技术属性】
技术研发人员：常辉，郭艳华，朱晓弦，淡振华，李佳佳，李峰，周廉，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32