一种超声振动传导用TC4钛合金丝材及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种超声振动传导用TC4钛合金丝材及其制备方法，所述超声振动传导用TC4钛合金丝材为退火态α

【技术实现步骤摘要】
一种超声振动传导用TC4钛合金丝材及其制备方法


[0001]本专利技术涉及有色金属加工
，尤其涉及一种超声振动传导用TC4钛合金丝材及其制备方法。

技术介绍

[0002]工程上有很多地方需要进行振动的传导，对于高频的超声振动传导来说，传导介质材料的抗疲劳性能极为重要，要求材料可以长时间工作于超声共振状态而不发生疲劳断裂等失效。同时，为了提高超声传导效率，要求传导材料的超声衰减要足够小。
[0003]CN113699411A公开了一种利于超声传导的波导杆及其制备方法，采用电子束冷炉床熔炼、锻造与拉拔塑性加工和真空退火热处理技术的协同作用制备出具有α相晶粒细小、定向分布的β相、少杂质缺陷、小残余应力的利于超声传导的钛合金微观组织，大幅提高超声能量效率，且工艺简单、成本低廉、易于批量生产，能很好的满足商用需求，很适合于制备超声波导杆制品。
[0004]但上述方法制得的材料的抗疲劳性能和超声传导性能仍不能满足高性能超声振动传导器械的使用要求，尤其是不能满足要求体积小且超声传导效率高的部件的制造及使用要求。因此，开发一种具备超高周疲劳寿命和极低超声衰减的超声振动传导用TC4钛合金丝材及其制备方法具有重要意义。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术存在的问题，本专利技术提供一种超声振动传导用TC4钛合金丝材及其制备方法，所述制备方法通过严格控制工艺条件来细化TC4钛合金的晶粒、控制晶粒形态、优化相组成，制备出了一种具备超高周疲劳寿命和极低超声衰减的TC4钛合金丝材，可以用于制造直径3～7mm的高工作效率和高可靠性的超声振动传导部件。
[0006]大多数金属材料的超高周疲劳寿命与其晶粒大小成反相关。有数据显示，应力比为
‑
1的疲劳试验中，等轴组织的TC4钛合金的α相平均晶粒直径从10μm减小到2μm时，其疲劳强度提高近160MPa，疲劳寿命大幅增加。因此，要获得高的超高周疲劳寿命，就需要细化金属材料的晶粒。
[0007]超声波在金属材料中传播时，因材料自身影响而造成的超声波的衰减主要有散射衰减和吸收衰减，其中散射衰减占主导地位。在超声波频段内，散射衰减与材料晶粒的大小成正相关，晶粒越细，散射衰减越小，即超声衰减越小。其次，晶粒的形态也会影响超声衰减，不规则的、多棱角的晶粒容易造成更多的超声衰减，而等轴的、规则的晶粒可以大幅减少超声衰减。此外，多相材料中，超声波在穿越不同的相界面时会产生过多的超声衰减。也就是说，在不明显影响材料力学性能和疲劳性能的前提下，要减少超声衰减，次要相的比例要小。
[0008]因此，具备超高周疲劳寿命和极低超声衰减的超声振动传导用TC4钛合金丝材的微观组织结构的基本要求为等轴组织、晶粒细小、β相的质量百分含量要低。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种超声振动传导用TC4钛合金丝材，所述超声振动传导用TC4钛合金丝材为退火态α
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β钛合金，β相的质量百分含量≤15％；
[0011]所述超声振动传导用TC4钛合金丝材的显微组织为等轴组织，横向截面α相的平均晶粒直径≤3μm，横向截面α相的平均晶粒长宽比≤3:1，纵向截面α相的平均晶粒直径≤4μm，纵向截面α相的平均晶粒长宽比≤3:1；
[0012]所述超声振动传导用TC4钛合金丝材的交货态直径为3～7mm。
[0013]本专利技术所述超声振动传导用TC4钛合金丝材包括TC4和TC4ELI两种牌号的钛合金，其为退火态α
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β钛合金，β相的质量百分含量≤15％。所述超声振动传导用TC4钛合金丝材的显微组织为等轴组织，其形态符合GB/T 13810图A.1的a的形态。在金属丝材加工领域，材料内部晶粒形态的调控难易程度与其直径密切相关，本专利技术所述超声振动传导用TC4钛合金丝材的交货态直径为3～7mm，且能够实现横向截面α相的平均晶粒直径≤3μm，横向截面α相的平均晶粒长宽比≤3:1，纵向截面α相的平均晶粒直径≤4μm，纵向截面α相的平均晶粒长宽比≤3:1，使得所述超声振动传导用TC4钛合金丝材不仅具有优异的力学性能，且具备超高周疲劳寿命和极低超声衰减。
[0014]本专利技术所述横向截面α相的平均晶粒直径≤3μm，例如可以是3μm、2.9μm、2.8μm、2.5μm、2.3μm、2μm、1.9μm、1.5μm、1.3μm、1μm、0.8μm或0.5μm；
[0015]横向截面α相的平均晶粒长宽比≤3:1，例如可以是3:1、2.9:1、2.7:1、2.5:1、2.3:1、2:1、1.8:1、1.5:1或1:1；
[0016]纵向截面α相的平均晶粒直径≤4μm，例如可以是4μm、3.8μm、3.5μm、3.2μm、3μm、2.5μm、2μm、1.5μm、1μm、0.8μm或0.5μm；
[0017]纵向截面α相的平均晶粒长宽比≤3:1，例如可以是3:1、2.9:1、2.7:1、2.5:1、2.3:1、2:1、1.8:1、1.5:1或1:1；
[0018]β相的质量百分含量≤15％，例如可以是15％、13％、11％、10％、8％、6％、5％、3％或1％；
[0019]所述超声振动传导用TC4钛合金丝材的交货态直径为3～7mm，例如可以是3mm、3.5mm、3.8mm、4mm、4.5mm、5mm、6mm或7mm。
[0020]所述超声振动传导用TC4钛合金丝材的β相呈晶间均匀分布。
[0021]优选地，所述超声振动传导用TC4钛合金丝材的β相球化且呈晶间均匀分布。
[0022]第二方面，本专利技术还提供一种如第一方面所述的超声振动传导用TC4钛合金丝材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0023](1)TC4钛合金铸锭在β相变点以上100～200℃，经第一保温后进行多向锻造，得到第一坯料；
[0024](2)所述第一坯料加热至α
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β相区，经第二保温后，进行第一热轧，得到第二坯料；
[0025](3)所述第二坯料加热至α
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β相区，经第三保温后，进行第二热轧，得到第三坯料；
[0026](4)所述第三坯料加热至β相变点以下30～50℃，进行热拉拔，得到第四坯料；所述第四坯料的直径比丝材成品的直径大至少0.4mm；
[0027](5)所述第四坯料依次经740～780℃的退火处理和680～730℃的真空热处理，得到丝材成品。
[0028]本专利技术所述超声振动传导用TC4钛合金丝材的制备方法，首先将TC4钛合金铸锭在β相变点以上100～200℃进行第一保温，再进行多向锻造得到第一坯料，具有显著降低变形抗力和减少裂纹开裂倾向的作用；之后将第一坯料加热至α
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β相区进行先保温再热轧，得到第二坯料；再重复将第二坯料加热至α
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β相区进行先保温再热轧，得到第三坯料；以上步骤可以有效对晶粒形态和尺寸进行调控；所述第三坯料在β相变点以下30～50℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声振动传导用TC4钛合金丝材，其特征在于，所述超声振动传导用TC4钛合金丝材为退火态α
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β钛合金，β相的质量百分含量≤15％；所述超声振动传导用TC4钛合金丝材的显微组织为等轴组织，横向截面α相的平均晶粒直径≤3μm，横向截面α相的平均晶粒长宽比≤3:1，纵向截面α相的平均晶粒直径≤4μm，纵向截面α相的平均晶粒长宽比≤3:1；所述超声振动传导用TC4钛合金丝材的交货态直径为3～7mm。2.根据权利要求1所述的超声振动传导用TC4钛合金丝材，其特征在于，所述超声振动传导用TC4钛合金丝材的β相呈晶间均匀分布。3.一种如权利要求1或2所述的超声振动传导用TC4钛合金丝材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)TC4钛合金铸锭在β相变点以上100～200℃，经第一保温后进行多向锻造，得到第一坯料；(2)所述第一坯料加热至α
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β相区，经第二保温后，进行第一热轧，得到第二坯料；(3)所述第二坯料加热至α
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β相区，经第三保温后，进行第二热轧，得到第三坯料；(4)所述第三坯料加热至β相变点以下30～50℃，进行热拉拔，得到第四坯料；所述第四坯料的直径比丝材成品的直径大至少0.4mm；(5)所述第四坯料依次经740～780℃的退火处理和680～730℃的真空热处理，得到丝材成品。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述TC4钛合金铸锭是按照GB/T 3620.1标准规定的TC4钛合金成分进行配料，压制成电极后通过至少三次真空自耗熔炼得到的；优选地，所述第一保温的时间为240～280min。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述第二保温的时间为120～150min；优选地，步骤(3)所述第三保温的时间为80～100min。6.根据权利要求3～5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述热拉拔的拉拔速度为2.0～2.4m/min。7.根据权利要求3～6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述退火处理的时间为80～100min；优选地，所述退火处理和真空热处理之间还依次进行第一校直处理、第二校直处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：深圳市世格赛思医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：