一种低密度铸造钛合金材料制造技术

一种新型低密度铸造钛合金材料以海绵Ｔｉ为基体加入纯Ａｌ、Ａｌ－Ｍｏ和Ａｌ－Ｖ中间合金组成ＺＴｉ－８．７Ａｌ－０．５Ｍｏ－０．５Ｖ，按重量百分比Ｔｉ　８９．０～９１．０％、Ａｌ　８．３～９．０％、Ｍｏ　０．３～０．８％、Ｖ　０．３～０．８％配制经均匀混合后压制成海绵Ｔｉ电极，然后将海绵Ｔｉ电极在真空自耗电极电弧炉中进行真空熔炼，熔炼真空度０－１０Ｐａ、弧电压３２－３６Ｖ、弧电流５０００－６０００Ａ，而后在真空自耗电极凝壳炉真空度０－５Ｐａ、弧电压３０－４０Ｖ、弧电流２００００－３００００Ａ下进行ＺＴｉ－８．７Ａｌ－０．５Ｍｏ－０．５Ｖ产品浇注，浇注后８００℃时固熔１０分钟，并在４８０℃时效６．５小时。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铸造钛合金材料
，特别涉及到一种新型低密度铸造钛 合金材料。
技术介绍
钛合金具有高的比强度、较低的密度和耐腐蚀性能，广泛应用于航空、航 天、航海、化工和体育休闲领域。 一直以来，人们希望能得到更低密度的铸造 钛合金，从而进一步扩大钛合金的应用。如研制低密度钛合金高尔夫球头，可以降低现用钛制高尔夫球头的重量和 增大球头体积，有利于提高球的飞行距离和击球的准确性。通常高尔夫球杆头有重量限制，如1号木头为200g， 1号铁头为200g; 3号铁头为210g等。所以 由低密度材料可制成大尺寸高尔夫球头，超大尺寸的球杆头会给予球手在击球 时更大信心，而且使用轻型材料后，球杆头击球面的厚度也可以增加，从而增 加刚性。制备低密度钛合金材料，需要选用低比重的合金元素来降低材料的密度， 如Al元素。但提高Al含量会导致材料塑性下降，甚至出现脆断现象，因此国 内外在制备低密度钛合金时困难重重，至今未见实质性的突破。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种新型低密度铸造钛合金材料，可以进 一歩降低钛制产品的重量或增大体积，从而进一步扩大钛合金的应用范围。 为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案所述的新型低密度铸造钛合金材料是以海绵Ti为基体加入纯Al、 Al-Mo和 Al-V中间合金组成ZTi-8. 7A1-0. 5Mo_0. 5V，其重量百分比构成如下Ti: 89. 0 91.0%; Al: 8.3 9. 0%; Mo: 0. 3 0. 8%; V: 0. 3 0. 8%; 余为不可避免杂质。所述的新型低密度铸造钛合金材料是将海绵Ti、纯Al、 Al-Mo和Al-V中 间合金按重量百分比Ti89. 0 91.0%、 A18. 3 9. 0%、 MoO. 3 0. 8%、 V0. 3 0.8 7。配制经均匀混合后压制成海绵Ti电极，然后将海绵Ti电极在真空自耗电 极电弧炉中进行真空熔炼，此时熔炼真空度0-10Pa、弧电压32-36V、弧电流 5000-6000A,而后在真空自耗电极凝壳炉真空度0-5Pa、弧电压30-40V、弧电 流20000-30000A下进行ZTi-8. 7A1-0. 5Mo-0. 5V产品浇注，浇注后在80(TC时 固熔10分钟，并在480。C时效6. 5小时。所述的新型低密度铸造钛合金材料还可在真空感应炉真空度0-5Pa、熔炼 功率200KW下熔炼后进行ZTi-8. 7A1-0. 5Mo-0. 5V产品浇注，浇注后在80(TC时 固熔10分钟，并在480"C时效6. 5小时。由于采用了如上所述技术方案，本专利技术具有如下优越性1、 本专利技术的ZTi-8. 7Al-0.5Mo-0.5V钛合金具有很低的密度、高的延伸率、冲击韧性和流动性。2、 本专利技术的铸造钛合金在80(TC进行固熔10分钟处理，产生亚稳定的l5 相组织，然后进行48(TC时效6.5小吋处理，使亚稳定的e组织析出弥散的a 相，从而改善钛合金的力学性能。这种新型低密度铸造钛合金的力学性能和密 度指标为1) 密度4. 32--4. 34g/cm3;2) 固熔时效前铸造合金的性能室温屈服强度》700MPa，抗拉强度》 750MPa，延伸率》8%,断面收縮率》20%，冲击韧性》30J/cm、3) 80(TC固熔48(rC时效后合金性能室温屈服强度》680MPa，抗拉强度》 730MPa，延伸率》9%，断面收縮率》20%，冲击韧性》30J/cm、4)具有很好的流动性能，适合于浇注钛合金薄壁零件。3、本专利技术的铸造钛合金在浇注高尔夫球头薄壁件的成品率接近100%。具体实施方式实施例1:将海绵Ti、纯A1、A1-Mo和Al-V中间合金按重量百分比Ti90. 76%、A18， 32 %、 Mo 0.30%、 V0.347。进行配制并均匀混合后压制成海绵Ti电极，将海绵 Ti电极在真空自耗电极电弧炉中进行真空熔炼，熔炼成的钛合金铸锭在真空自 耗电极凝壳炉中熔化后浇注高尔夫球头模壳，其铸造状态下和固熔时效后的力 学性能、密度、成品率如下所示室温屈服强度711MPa，抗拉强度765MPa，延伸率9， 7%，断面收縮率29. 2 %，冲击韧性58.0 J/cm2，硬度HRO23.0,密度为4.34 g/ cm3，球头的浇注 成品率98. 6%。800'C固熔48(TC时效后合金性能室温屈服强度704MPa，抗拉强度746MPa， 延伸率9. 8% ，断面收縮率22. 3% ，冲击韧性70. 9J/cm2，硬度HRC二29. 5，密 度为4. 34 g/ cm3。实施例2:将海绵Ti 、纯Al 、 Al-Mo和Al-V中间合金按重量百分比Ti90. 03 % 、 A18. 55 %、 Mo0.58%、 V0.547。进行配制并均匀混合后压制成海绵Ti电极，将海绵 Ti电极在真空自耗电极电弧炉中进行真空熔炼，熔炼成的钛合金铸锭在真空自 耗电极凝壳炉中熔化后浇注高尔夫球头模壳，其铸造状态下和固熔时效后的力 学性能、密度、成品率如下所示室温屈服强度720MPa，抗拉强度782MPa，延伸率10. 8% ，断面收縮率27. 9 %，冲击韧性100.0 J/cm2，硬度服〔=24.8，密度为4. 34 gZ cm3，球头的浇注 成品率100%。80(TC固熔犯(TC时效后合金性能室温屈服强度702MPa，抗拉强度755MPa，延伸率11. 4% ，断面收縮率31. 8% ，冲击韧性95. 9 J/cm2,硬度HRO20. 3， 密度为4. 34 g/ cm3。 实施例3:将海绵Ti、纯Al、Al-Mo和Al-V中间合金按重量百分比Ti89. 58% 、A18. 69 %、 Mo0.72%、 V0.787。进行配制并均匀混合后压制成海绵Ti电极，将海绵 Ti电极在真空自耗电极电弧炉中进行真空熔炼，熔炼成的钛合金铸锭在真空自 耗电极凝壳炉中熔化后浇注高尔夫球头模壳，其铸造状态下和固熔时效后的力 学性能、密度、成品率如下所示室温屈服强度744MPa，抗拉强度826MPa，延伸率8.5%，断面收縮率26. 9 %，冲击韧性68.7 J/cm2，硬度HRC=31.1，密度为4.34 g/ cm3，球头的浇注 成品率100%。800°C固熔48(TC时效后合金性能室温屈服强度733MPa，抗拉强度811MPa， 延伸率11. 4% ，断面收縮率23. 1 % ，冲击韧性76. 7 J/cm2，硬度HRC=29. 0，密度为4. 34 g/ cm3。上述3例材料含量其余量均为不可避免杂质。本专利技术在Ti-Al-Mo-V四元合金系化学成分的基础上，运用正交试验设计， 以海绵Ti为基体加入纯Al、 Al-Mo和Al-V中间合金，Al可以进一步的降低材 料的密度和提高材料的强度及流动性能；Mo和V的熔点很高、不易溶解，为 了在海绵Ti基体中加入Mo和V合金元素，材料制造时采用Al-Mo、 Al-V中 间合金的形式加入，Mo和V可以提高材料强度的同时抑制Ti3Al脆性相的析出。 通过考察不同的合金元素及元素含量对材料的密度、材料力学性能及铸造性能 等的影响，得到了一种新型低密度铸造钛合金材料ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V，该 材料热处理前后均具有较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型低密度铸造钛合金材料，其特征在于：该材料是以海绵Ｔｉ为基体加入纯Ａｌ、Ａｌ－Ｍｏ和Ａｌ－Ｖ中间合金组成ＺＴｉ－８．７Ａｌ－０．５Ｍｏ－０．５Ｖ，其重量百分比构成如下：　Ｔｉ：８９．０～９１．０％；纯Ａｌ：８．３～９．０％；Ｍｏ：０．３～０．８％；Ｖ：０．３～０．８％；余为不可避免杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志强，周洪强，王孟光，
申请(专利权)人：洛阳双瑞精铸钛业有限公司，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]