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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