CN101476059A - 一种中强高塑钛合金 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中强高塑钛合金,属于一种体育制品及其它民用行业用低成本钛合金。其特征在于组份的重量百分比为:铝为2~4.5%、钼为0.1~1.5、钒为0.1~1.5、锆为0.5~2、Fe为0.1~1.5、余量为Ti和不可避免的杂质;各原料组份含量之和为100%。制备步骤如下:按重量百分比配料、混料、压制成自耗电极,在真空自耗电电弧炉中进行二次熔炼,然后可以将铸锭制备成铸锭板材。本发明的钛合金,由于铝、锆、钼、钒和铁等元素的固溶强化效果,合金可保持一定的强度等级,降低合金的原材料成本,改善了合金的冷加工性能,冷变形量增大,工艺流程缩短,相应的降低了材料的加工成本,改善了材料的弯曲、折弯、冲压等工艺性能,可进一步满足用户的成型需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种中强高塑钛合金,属于一种体育制品及其它民用行业用低成本钛合金。
背景技术
钛及钛合金因具有密度小、屈强比高、耐腐蚀等许多优点,被誉为“崛起的第三金属”,是一种重要的战略金属材料,对国民经济的发展、建设具有重要作用。随着人们对钛知识了解的逐渐深入,钛及钛合金得到了越来越广泛的推广应用,特别是体育制品、建筑、电力、汽车等民用行业用钛量逐年增加。
钛制高尔夫球头是钛合金在体育制品行业应用的一个典型,该行业的用钛量保持了一个相对稳定的增长。钛制高尔夫球头的上盖板和下盖板是用钛量最大的部位,一般采用中等强度的钛合金板,如:TC1、Gr4、Ti-4Zr等。近几年,随着对高尔夫球头性能要求的不断提高,也对钛合金提出了更高的性能指标要求。同时钛制高尔夫球头用量的增大,也带来了降低成本的需求。但是,现有产品中采用的TC1合金,由于加入了1.5%的锰元素,熔炼工艺复杂,导致板材成本较高。采用的Gr4的强度偏低,强度都在650MPa以下。采用的Ti-4Zr钛合金的强度和硬度偏低,使用效果不太理想,而且由于该合金中加入了4%的锆元素,使得成本相对较高。所以在日益激烈的市场竞争中,用户希望能够得到一种冷成型能力优异、抗拉强度在700MPa以上、塑性在20%以上的价格较低的钛合金来制造钛制高尔夫球头上盖板和下盖板。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处,本发明提出一种中强高塑钛合金,能够达到抗拉强度≥700MPa、延伸率≥20%的低成本钛合金,可用于体育制品、化工、电力、机械和宇航等其他领域。
技术方案
本发明提出的中强高塑钛合金,其特征在于组份的重量百分比为:铝为2~4.5%、钼为0.1~1.5、钒为0.1~1.5、锆为0.5~2、Fe为0.1~1.5、余量为Ti和不可避免的杂质;各原料组份含量之和为100%。
组份的重量百分比为:铝为2.3~3.7%、钼为0.3~1.2、钒为0.3~1.2、锆为0.5~1.5、铁为0.2~1.0、余量为Ti和不可避免的杂质;各原料组份含量之和为100%。
一种制备所述的中强高塑钛合金的方法,其特征在于步骤如下:
步骤1:按权利要求1或2的重量百分比配料、混料、压制成自耗电极;
步骤2:在真空自耗电电弧炉中进行第一次熔炼,坩埚规格为Φ110mm,熔炼电压25~35V,电流2500~3500A;
步骤3:第二次熔炼坩埚规格为Φ150mm,熔炼电压28~33V,电流4000~5300A,得到中强高塑钛合金的铸锭。
一种将所述中强高塑钛合金的铸锭制备成铸锭板材的方法,其特征在于步骤如下:
步骤1:将中强高塑钛合金铸锭在温度1100~1200℃进行加热,然后锻成厚度70~80mm的板坯;
步骤2:清理板坯表面缺陷后,继续加热至950~1000℃轧制成厚度4.5mm的板坯;
步骤3:再加热至850~940℃轧制成厚度2.8mm的板坯;
步骤4:将步骤3得到的板坯经750~820℃退火、修磨,在1200冷轧机上轧制到1.8mm;
步骤5:经750~820℃/30′退火后,冷轧到1.18mm,经脱油、退火碱酸洗得到成品板材。
有益效果
本发明提供的中强高塑钛合金,加入了铝和少量的锆、钼、钒和铁元素。由于铝、锆、钼、钒和铁等元素的固溶强化效果,合金可保持一定的强度等级;少量的钼和钒以中间合金的形式加入、再配以廉价的铁和铝豆,可降低合金的原材料成本;由于钼、钒这两种同晶型β稳定元素和共析型β稳定元素铁的加入,改善了合金的冷加工性能,冷变形量增大,工艺流程缩短,相应的降低了材料的加工成本;钼、钒和铁三种β稳定元素的加入还细化了晶粒,改善了材料的弯曲、折弯、冲压等工艺性能,可进一步满足用户的成型需要。
具体实施方式
现结合实施例对本发明作进一步描述:
本发明提供的钛合金采用了常规的合金化熔炼工艺、加工工艺,有利于工业化生产。其中各组元主要采用中间合金的形式配入,经原料均匀混制,制备成电极,经真空自耗电弧熔炼成锻造用的铸锭,在水压机或空气锤上锻造成板坯,板坯在轧机上轧制成板材,板材经热处理后再进行性能测试。
实施例1:
本实施例的配方:Al:2.8%,Mo:0.5%,V:0.5%,Zr:0.8%,Fe:0.3%,余量为Ti和不可避免的杂质,采用二级海绵钛,Al-V、Al-Mo、海绵Zr、铁钉和铝豆,按上述重量百分比配料、混料、压制成自耗电极,在真空自耗电电弧炉中进行两次熔炼,其中一次坩埚规格为Φ110mm,熔炼电压27~32V,电流2500~3200A;二次熔炼坩埚规格为Φ150mm,熔炼电压29~31V,电流4000~5000A。铸锭经1100~1200℃加热,锻成厚度80mm的板坯,清理板坯表面缺陷。加热至950℃左右轧制成厚度4.5mm的板坯,再加热至850℃左右轧制成厚度2.8mm的板坯。板坯经750℃退火、修磨,在1200冷轧机上轧制到1.8mm,经750℃/30′退火后,最终冷轧到1.18mm,经脱油、退火碱酸洗等工序得到成品板材。成品板材的力学性能见表1。
表1 实施例1性能
热处理制度 | Rm,,MPa | Rp0.2,MPa | A5,% |
600℃/30′ | 785770 | 770755 | 2627 |
630℃/30′ | 765770 | 755750 | 2728 |
660℃/30′ | 745730 | 735725 | 3234 |
690℃/30′ | 735730 | 725710 | 3334 |
720℃/30′ | 725710 | 705700 | 3433 |
750℃/30′ | 700705 | 690685 | 3638 |
实施例2:
按下述配方:Al:4.0%,Mo:0.6%,V:0.9%,Zr:1.0%,Fe:0.2,余量为Ti和不可避免的杂质,采用二级海绵钛,Al-V、Al-Mo、海绵Zr、铁钉和铝豆,按上述重量百分比配料、混料、压制成自耗电极,在真空自耗电电弧炉中进行两次熔炼,其中一次坩埚规格为Φ110mm,熔炼电压27~35V,电流2500~3300A;二次熔炼坩埚规格为Φ150mm,熔炼电压29~33V,电流4000~5300A。铸锭经1150~1200℃加热,锻成厚度70mm的板坯,清理板坯表面缺陷。加热至1000℃左右轧制成厚度4.5mm的板坯,再加热至940℃左右轧制成厚度2.8mm的板坯。板坯经820℃退火、修磨,在1200冷轧机上轧制到1.8mm,经820℃/30′退火后,最终冷轧到1.18mm,经脱油、退火碱酸洗等工序得到成品板材。成品板材的力学性能见表2。
表2 实施例2性能
热处理制度 | Rm,,MPa | Rp0.2,MPa | A5,% |
740℃/30′ | 788 | 778 | 31 |
770℃/30′ | 788 | 775 | 30 |
800℃/30′ | 790 | 768 | 30 |
830℃/30′ | 795 | 755 | 28 |
860℃/30′ | 858 | 813 | 24 |
实施例3:
按下述配方:Al:3.4%,Mo:0.3%,V:0.9%,Zr:1.0%,Fe:1.0,余量为Ti和不可避免的杂质,采用二级海绵钛,Al-V、Al-Mo、海绵Zr、铁钉和铝豆,按上述重量百分比配料、混料、压制成自耗电极,在真空自耗电电弧炉中进行两次熔炼,其中一次坩埚规格为Φ110mm,熔炼电压25~35V,电流2600~3500A;二次熔炼坩埚规格为Φ150mm,熔炼电压28~31V,电流4000~5000A。铸锭经1100~1200℃加热,锻成厚度70mm的板坯,清理板坯表面缺陷。加热至950℃左右轧制成厚度4.5mm的板坯,再加热至850℃左右轧制成厚度2.8mm的板坯。板坯经750℃退火、修磨,在1200冷轧机上轧制到1.8mm,经750℃/30′退火后,最终冷轧到1.18mm,经脱油、退火碱酸洗等工序得到成品板材。成品板材的力学性能见表3。
表3 实施例3性能
热处理制度 | Rm,,MPa | Rp0.2,MPa | A5,% |
720℃/30′ | 865860 | 770760 | 2527 |
750℃/30′ | 860865 | 750755 | 2627 |
780℃/30′ | 865895 | 750820 | 2626 |
实验表明:从实施例1、实施例2和实施例3的合金综合性能可以看出,本发明的中强高塑可焊钛合金的综合性能如下:Rm:700~895MPa,Rm:685~820MPa,A5:20~38%。
Claims (4)
1.一种中强高塑钛合金,其特征在于组份的重量百分比为:铝为2~4.5%、钼为0.1~1.5%、钒为0.1~1.5%、锆为0.5~2%、Fe为0.1~1.5%、余量为Ti和不可避免的杂质;各原料组份含量之和为100%。
2.根据权利要求1所述的中强高塑钛合金,其特征在于组份的重量百分比为:铝为2.3~3.7%、钼为0.3~1.2%、钒为0.3~1.2%、锆为0.5~1.5%、铁为0.2~1.0%、余量为Ti和不可避免的杂质;各原料组份含量之和为100%。
3.一种制备权利要求1~2中所述的任一种中强高塑钛合金的方法,其特征在于步骤如下:
步骤1:按权利要求1或2的重量百分比配料、混料、压制成自耗电极;;
步骤2:在真空自耗电电弧炉中进行第一次熔炼,坩埚规格为Φ110mm,熔炼电压25~35V,电流2500~3500A;;
步骤3:第二次熔炼坩埚规格为Φ150mm,熔炼电压28~33V,电流4000~5300A,得到中强高塑钛合金的铸锭。
4.一种将权利要求3所述的中强高塑钛合金的铸锭制备成铸锭板材的方法,其特征在于步骤如下:
步骤1:将中强高塑钛合金铸锭在温度1100~1200℃进行加热,然后锻成厚度70~80mm的板坯;;
步骤2:清理板坯表面缺陷后,继续加热至950~1000℃轧制成厚度4.5mm的板坯;
步骤3:再加热至850~940℃轧制成厚度2.8mm的板坯;
步骤4:将步骤3得到的板坯经750~820℃退火、修磨,在1200冷轧机上轧制到1.8mm;
步骤5:经750~820℃/30′退火后,冷轧到1.18mm,经脱油、退火碱酸洗得到成品板材。
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