一种高强度钛合金管材的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度钛合金管材的制备方法，本发明专利技术采用新的合金配方，通过加入特定成分的铝、钒、铁等合金元素，使钛得到充分强化，实现了强度指标和塑形指标的合理匹配，进而采用冷轧变形的方法生产出高强钛合金薄壁管材，具体是采用制备合金电极‑真空熔炼‑管坯制备‑冷轧的工序，生产出的Ti‑43新型钛合金管材强度高、重量轻，通常应用于自行车时还可以进一步减少管材的壁厚，起到自行车减重的目的。本发明专利技术的Ti‑43新合金通过在纯钛中加入特定含量合金化元素使钛管的强度指标和塑性指标达到较好的匹配，管材的强度比TA18管材提高了30％，并且能够采用冷轧的方法生产自行车用薄壁钛合金管。

Preparation of a high strength titanium alloy tube

The invention relates to a preparation method of a high strength titanium alloy tubes, the invention adopts alloy formula by adding new, specific components of aluminum, vanadium, iron and other alloy elements, the titanium fully strengthened, realizing reasonable matching strength and shaping index, and adopting the method of cold rolling deformation to produce thin wall high strength titanium alloy pipe, in particular by vacuum melting alloy electrode billet preparation cold rolling process adopts the system to produce Ti 43 new titanium alloy tube with high strength, light weight, usually used in bicycle can also further reduce the wall thickness of the pipe to lose weight to bicycle. The strength index of adding specific content of alloy elements in pure titanium in the titanium tube and plastic index to achieve better matching the Ti 43 new alloy, 30% to improve the strength of the pipe TA18 pipe, and can be used in cold rolling method for thin-walled titanium alloy tube production of bicycle.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度钛合金管材的制备方法
本专利技术属于自行车用钛合金领域，具体涉及一种高强度钛合金管材的制备方法。
技术介绍
自行车的发展与材料的发展存在着密不可分的关系，各种新材料的不断涌现给自行车创造了新的发展机遇。目前自行车已经由传统的代步工具向高强度、轻量化、个性化、功能化方向发展，与以往相比，人们更加追求自行车的舒适性及更好的骑行体验。目前自行车架用的材料有钢材、铝合金、碳纤维、钛材等。钛合金广泛应用于航空航天、石油化工、海洋工程、医疗器械等领域，钛合金突出的特点是重量轻，强度高，弹性好，抗冲击，疲劳性能好，耐腐蚀永不生锈。是目前国际上公认的生产各类比赛及休闲用高档自行车最先进、最理想的材料。自行车特别是赛车要求重量轻、刚度好并且冲击性能好。重量轻可以提高速度，并在长距离运动时降低体力消耗；刚性好的自行车车架有利于驱动力的转换，并提高操纵性能；冲击吸收性好的自行车车架可以较好地减缓来自路面的冲击，从而减少车手的疲劳。钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。目前应用于钛自行的材料主要为TA18，名义成分为Ti-3Al-2.5V。该合金为低合金化近α型中强钛合金,抗拉强度为620Mpa，屈服极限为515Mpa，延伸率为15％，该合金不仅具有良好的室温、高温力学性能和耐蚀性能,而且具有优异的冷、热加工工艺塑性、成型性和焊接性能,是制作管材的理想材料。在室和高温下其强度比纯钛高出20％-50％，该合金虽然强度不及TC4合金高，但由于它具有优良的冷加工性能，因而得到广泛的应用。TA18钛合金无缝管适用于飞机和发动机液压和燃油等管路系统，已在各种军用、民用多种飞机和航天应用，具有明显的减重效果。钛自行车的发展对钛合金提出了更高的要求，因此需要研发新型钛合金以满足减重的迫切需求，为了更进一步减轻自行车的重量，需要开发强度级别更高的钛合金。TC4是目前常用的一种钛合金，但其冷轧性能较差，采用普通冷轧机生产薄壁管材非常困难，钛自行车的性能提升受到很大制约，因此开发新型高强高韧自行车用钛合金材料是急需解决的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种高强度钛合金、一种制备高强度钛合金的方法、一种高强度钛合金管材的制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种高强度钛合金，该合金各组分的重量百分比为：铝3.6％～4.4％，钒2.6％～3.4％，铁0.5％～0.8％，其余为钛和不可避免的杂质。上述的一种高强度钛合金，所述钛的重量百分比为90.5％～94.5％，所述杂质的重量百分比≤0.665％。一种制备上述高强度钛合金的方法，包括以下步骤：(1)在海绵钛中加入重量份为4％～5％的AlV65和重量份为2％～3％的纯Al以及0.5％～0.7％的纯Fe，在混布料机上进行混料；(2)在油压机上将步骤(1)中的混料压制成电极块，再将电极块制成自耗电极；(3)使用真空自耗电弧炉，在熔炼温度为1700℃-1800℃的环境下熔炼，得到一次铸锭；(4)将一次铸锭作为自耗电极、在熔炼温度为1700℃-1800℃的环境下重复步骤(3)进行熔炼，得到钛合金锭。上述的一种制备高强度钛合金的方法，还包括步骤(5)、将步骤(4)得到的所述钛合金锭表面车光并切除锭底及冒口。一种高强度钛合金管材的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将上述的钛合金锭锻造成棒坯，并将所述棒坯加工成光棒；步骤二、在光棒的外壁上钻通孔；步骤三、将步骤二得到的光棒清洗、干燥；步骤四、在所述光棒的外壁、内孔的内壁上包覆紫铜层；包覆方法是：先采用紫铜板卷焊成筒体和管体，将管体塞入光棒的内孔中，将筒体套装在光棒上；然后采用紫铜板制成与光棒直径相同的底板，并包覆在光棒的上下两个端面；步骤五、将包覆紫铜板的光棒在加热温度为900℃-1000℃的电炉中加热50min-120min，，在挤压速度为80mm/s-130mm/s的挤压机上进行热挤压，得到钛合金管坯；步骤六、采用酸洗法去除步骤五所述钛合金管坯的铜皮，得到钛合金管材。上述的一种高强度钛合金管材的制备方法，还包括步骤七、将步骤六所述的钛合金管材冷轧成型。上述的一种高强度钛合金管材的制备方法，所述步骤七具体为：(71)采用LG两辊冷轧机对所述钛合金管材进行初轧，得到初轧管材；(72)对所述初轧管材进行酸洗10min-30min，再投入温度为500℃-800℃的真空退火炉中退火60min-90min，以去除管材表面的油污及氧化皮；(73)对退火后的初轧管材重复步骤(71)、(72)进行中间道次及成品的轧制。上述的一种高强度钛合金管材的制备方法，所述步骤(72)中酸洗液的成分为：35％-45％的硝酸、3％-7％的氢氟酸、48％-62％的水。上述的一种高强度钛合金管材的制备方法，所述步骤六中酸洗法的步骤为：将带有铜皮的钛合金管坯放入酸洗液中酸洗15min-30min，以去除钛合金管坯中的铜，并使用清水冲洗干净；其中，酸洗液由25％-35％的硫酸、35％-45％的硝酸、4％-6％的氢氟酸以及14％-36％的水组成。上述的一种高强度钛合金管材的制备方法，所述步骤五中紫铜板的厚度为0.8-1.0mm。本专利技术的有益效果：本专利技术的Ti-43新合金通过在纯钛中加入特定含量合金化元素使钛管的强度指标和塑性指标达到较好的匹配，管材的强度比TA18管材提高了30％，并且能够采用冷轧的方法生产自行车用薄壁钛合金管。具体实施方式为进一步阐述本专利技术达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下实施例对本专利技术的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。实施例1：钛合金是一种比较难变形的金属材料，钛合金设计的核心技术是合金元素的选择及合理匹配，以便达到强韧化的目的。钛合金常用的合金化元素有10多种，除常用的Al、V、Mo外，还有Cr、Mn、Fe、Cu、Sn、Zr、W等，提高相转变温度的元素为α稳定元素有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。降低相变温度的元素为β稳定元素有钼、铌、钒、铬、锰、铜、铁、硅等。对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显着强化效果,但却使塑性下降。通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2％和0.04～0.05％以下。氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛合金中氢含量控制在0.015％以下。氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。为此，本实施例本实施例公开了一种新型高强度合金的成分，该合金各组分的重量百分比为：铝3.8％，钒3.4％，铁0.8％，钛91.5％，杂质0.5％。一种制备上述高强度合金的方法，包括以下步骤：(1)在海绵钛中加入重量份为4％的AlV65和重量份为3％的纯A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度钛合金管材的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将钛合金锭锻造成棒坯，并将所述棒坯加工成光棒；步骤二、在光棒的外壁上钻通孔；步骤三、将步骤二得到的光棒清洗、干燥；步骤四、在所述光棒的外壁、内孔的内壁上包覆紫铜层；包覆方法是：先采用紫铜板卷焊成筒体和管体，将管体塞入光棒的内孔中，将筒体套装在光棒上；然后采用紫铜板制成与光棒直径相同的底板，并包覆在光棒的上下两个端面；步骤五、将包覆紫铜板的光棒在加热温度为900℃～1000℃的电炉中加热50min～120min，，在挤压速度为80mm/s～130mm/s的挤压机上进行热挤压，得到钛合金管坯；步骤六、采用酸洗法去除步骤五所述钛合金管坯的铜皮，得到钛合金管材。

【技术特征摘要】
1.一种高强度钛合金管材的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将钛合金锭锻造成棒坯，并将所述棒坯加工成光棒；步骤二、在光棒的外壁上钻通孔；步骤三、将步骤二得到的光棒清洗、干燥；步骤四、在所述光棒的外壁、内孔的内壁上包覆紫铜层；包覆方法是：先采用紫铜板卷焊成筒体和管体，将管体塞入光棒的内孔中，将筒体套装在光棒上；然后采用紫铜板制成与光棒直径相同的底板，并包覆在光棒的上下两个端面；步骤五、将包覆紫铜板的光棒在加热温度为900℃～1000℃的电炉中加热50min～120min，，在挤压速度为80mm/s～130mm/s的挤压机上进行热挤压，得到钛合金管坯；步骤六、采用酸洗法去除步骤五所述钛合金管坯的铜皮，得到钛合金管材。2.如权利要求1所述的高强度钛合金管材的制备方法，其特征在于，还包括步骤七、将步骤六所述的钛合金管材冷轧成型。3.如权利要求2所述的高强度钛合金管材的制备方法，其特征在于，所述步骤七具体为：(71)采用LG两辊冷轧机对所述钛合金管材进行初轧，得到初轧管材；(72)对所述初轧管材进行酸洗10min～30min，再投入温度为500℃～800℃的真空退火炉中退火60min～90min，以去除管材表面的油污及氧化皮；(73)对退火后的初轧管材重复步骤(71)、(72)进行中间道次及成品的轧制。4.如权利要求3所述的高强度钛合金管材的制备方法，其特征在于，所述步骤(72)中酸洗时的酸洗液成分为：35％～45％的硝酸、3％～7％的氢氟酸、48％～62％的水。5.如权利要求1所述的高强度钛合金管材的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永福，侯军涛，鲁毅，郭磊，任怀智，王尧，
申请(专利权)人：西安庄信新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61