一种高性能低成本两相钛合金制造技术

本发明专利技术公开了一种高性能低成本两相钛合金，由以下质量百分含量的成分组成：Al 5.0％～6.5％，V 3.0％～5％，Cr 0.5％～2.0％，Fe 0.5％～1.5％，余量为Ti和不可避免的杂质，制备方法为：一、选择原料；二、配比熔炼得到钛合金铸锭；三、锻造得到钛合金锻坯；四、固溶时效处理得到两相钛合金。本发明专利技术通过高比例添加TC4钛合金回收料，结合添加不易产生高密度下沉、低密度挥发的铬铁中间合金及海绵钛、铝豆进行性能和成分调控，避免了熔炼过程元素分布不均匀现象，提高了材料性能，实现了对TC4合金回收料的大规模利用，降低了原料成本，且该钛合金具有较高的强度和冲击韧性，适用于海洋工程高强韧钛合金。程高强韧钛合金。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能低成本两相钛合金


[0001]本专利技术属于钛合金
，具体涉及一种高性能低成本两相钛合金。

技术介绍

[0002]钛及钛合金由于具有高比强、耐高温、耐低温、耐腐蚀、可焊接等优良的综合性能，在航空、航天、舰船、兵器以及石油、化工、医疗等领域得到了广泛的应用。近几年，我国实施海洋工程和交通运输等若干重大工程项目，由于服役环境苛刻，具有低密度、高比强、高耐蚀、无磁性的钛合金成为理想的主结构材料，但目前国内钛材成本高且性能不足，限制了其在海洋工程及交通运输领域的进一步发展。成本高一直是限制钛合金广泛应用的最大障碍，国际钛工业强国在低成本钛合金开发方面走在前列，其主要思路是：其一，减少或取消V、Ta、Nb等贵重元素的应用；其二，通过添加钛合金回收料降低原材料成本；其三是采用短流程的优化工艺降低工序成本。目前国内正处于追赶者位置。近年来，在低成本合金设计方面我国采用廉价合金元素替代昂贵合金元素设计了不同类型合金，例如Ti8LC和Ti12LC，均是采用廉价的Fe元素取代了价格较贵的V元素，并且合金性能与TC4相当或优于TC4，目前已获得应用。国内利用回收料开发的低成本钛合金虽然取得了快速的发展，特别是在民用领域积累了丰富的经验，但是，将回收料应用于重要用途的钛材生产，还面临较多的问题，其中最关键的是没有统一标准可执行，同时可用于回收的合金牌号不多。
[0003]TC4钛合金目前是世界上用量最大的钛合金，开发以TC4回收料为主体的新型低成本钛合金对实现钛合金的低成本制造具有重要意义。针对钛合金返回料的利用，国内目前返回料的添加比例仍不高。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高性能低成本两相钛合金。该钛合金中通过高比例添加TC4钛合金回收料，并添加少量海绵钛和铝豆可进行合金成分微调，添加少量不易产生高密度沉积的廉价铬铁中间合金可进行合金性能调控，经真空自耗电弧炉熔炼或电子束冷床炉熔炼，制备得到性能优异的两相钛合金，实现了TC4钛合金回收料的大规模利用，大大降低了原料成本。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种高性能低成本两相钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：Al5.0％～6.5％，V 3.0％～4.0％，Cr 0.5％～2.0％，Fe 0.5％～1.5％，余量为Ti和不可避免的杂质；该两相钛合金由包括以下步骤的方法制备得到：
[0006]步骤一、选择包括去油污处理后的TC4钛合金回收料的原料；
[0007]步骤二、按照目标产物两相钛合金的设计成分，将步骤一中选择的原料进行配比，然后采用真空自耗电弧炉熔炼或电子束冷床炉熔炼，得到钛合金铸锭；所述原料配比时去油污处理后的TC4钛合金回收料的添加质量百分比不小于75％；
[0008]步骤三、将步骤二中得到的钛合金铸锭进行锻造，得到钛合金锻坯；
[0009]步骤四、将步骤三中得到的钛合金锻坯进行固溶时效处理，得到两相钛合金；所述两相钛合金的抗拉强度Rm＝1000MPa～1200MPa，延伸率A＝8％～20％，冲击韧性α
ku
＝50J/cm2～75J/cm2。
[0010]通常钛合金回收料的成本仅为海绵钛的20％～30％，因此，通过大量添加钛合金回收料可大大降低了钛合金的原料成本。针对目前钛合金回收料的添加比例仍不高的难题，本专利技术采用高比例(小于75％)添加TC4钛合金回收料，同时添加少量的铝豆、海绵钛及少量廉价的铬铁中间合金作为原料，然后进行真空自耗电弧炉熔炼或电子束冷床炉熔炼，通过添加少量海绵钛和铝豆可进行合金成分微调，通过添加少量不易产生高密度沉积的廉价铬铁中间合金可进行合金性能调控，从而制备得到两相钛合金并提高其性能，实现了TC4钛合金回收料的大规模利用，大大降低原料成本。
[0011]本专利技术采用的真空自耗电弧炉熔炼适用于如板棒丝块状等适合捆绑或焊接的TC4钛合金回收料或屑状等适合压制电极的TC4钛合金回收料，采用的电子束冷床炉熔炼适合所有形态的TC4钛合金回收料，并且较真空自耗电弧炉熔炼减少了压制电极、焊接及熔炼次数，更加适合大量回收各种形态的残料，残料利用率更高。此外，电子束冷床炉熔炼对原料中高、低密度夹杂物的去除效果好，能够有效解决成分偏析和组织不均匀性，具有可重熔且质量一致性好的优点，实现了短流程高品质铸锭制备，其加工成本可降低10％～20％。
[0012]上述的一种高性能低成本两相钛合金，其特征在于，步骤一中所述TC4钛合金回收料来源于块、屑、板、棒、丝及铸锭冒口。本专利技术采用的TC4回收料适合各种形态，并且经去油污清洗烘干后使用，大大提高了残料利用率。
[0013]上述的一种高性能低成本两相钛合金，其特征在于，步骤二中所述真空自耗电弧炉熔炼的次数为2～3次，电子束冷床炉熔炼的次数为1次。本专利技术的熔炼次数较少，实现了钛合金短流程制备。
[0014]上述的一种高性能低成本两相钛合金，其特征在于，步骤三中所述锻造为三～四火次锻造，具体过程为：首先在1050℃～1150℃进行第一火次开坯锻造，获得一次锻坯，然后在980℃～1010℃进行第二火次锻造，获得二次锻坯，再在900℃～930℃进行后续火次锻造，获得钛合金锻坯，且每火次锻造的变形量均不小于50％，终锻温度不低于800℃。
[0015]上述的一种高性能低成本两相钛合金，其特征在于，步骤四中所述固溶时效处理的制度为：先在840℃～920℃固溶，空冷后进行时效。
[0016]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0017]1、本专利技术针对现有技术中钛合金原材料及加工成本高、部分应用领域性能不足等难题，通过高比例添加市场占有量最大的TC4钛合金回收料，在采用真空自耗或电子束冷床炉熔炼制备TC4钛合金锭的基础上，添加少量中间合金作为原料进行合金性能调控，大大降低了原材料和加工成本，同时提高了材料的性能，也为回收料的二次利用提供了有效途径。
[0018]2、本专利技术钛合金的制备原料中TC4回收料以各种形态添加，并且添加量不少于75％，通过添加少量的海绵钛和铝豆进行成分微调，再添加少量的铬铁中间合金保证合金性能提高，实现了钛合金回收料的大规模利用，工艺简单，成本较低。
[0019]3、本专利技术采用真空自耗电弧炉熔炼或电子束冷床炉熔炼制备利用大量TC4钛合金回收料的低成本钛合金，添加的铬铁中间合金不易产生高密度夹杂和低密度挥发，避免了熔炼过程元素分布不均匀现象，实现了钛合金元素的精确控制，保证钛合金铸锭的成分均
匀性。
[0020]4、本专利技术采用的电子束冷床炉熔炼法较真空自耗电弧炉熔炼的工序减少，省去压制电极及焊接过程，并且仅需一次熔炼，大大提高了生产效率，降低生产成本。
[0021]5、本专利技术制备的两相钛合金的抗拉强度Rm＝1000MPa～1200MPa，延伸率A＝8％～20％，同时具有较高的冲击韧性α
ku
＝50J/cm2～75J/cm2，可满足海洋工程高强韧钛合金应用的需求本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能低成本两相钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：Al 5.0％～6.5％，V 3.0％～4.0％，Cr 0.5％～2.0％，Fe0.5％～1.5％，余量为Ti和不可避免的杂质；该两相钛合金由包括以下步骤的方法制备得到：步骤一、选择包括去油污处理后的TC4钛合金回收料的原料；步骤二、按照目标产物两相钛合金的设计成分，将步骤一中选择的原料进行配比，然后采用真空自耗电弧炉熔炼或电子束冷床炉熔炼，得到钛合金铸锭；所述原料配比时去油污处理后的TC4钛合金回收料的添加质量百分比不小于75％；步骤三、将步骤二中得到的钛合金铸锭进行锻造，得到钛合金锻坯；步骤四、将步骤三中得到的钛合金锻坯进行固溶时效处理，得到两相钛合金；所述两相钛合金的抗拉强度Rm＝1000MPa～1200MPa，延伸率A＝8％～20％，冲击韧性α
ku
＝50J/cm2～75...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭萍，辛社伟，王欢，强菲，张磊，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：