CN107747001A - 一种钛合金及其制备方法 - Google Patents

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陈炳豊
王荣生
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Abstract

本发明公开了一种钛合金，按照合金元素组分质量百分比由以下组分组成：8.0～9.0wt％的铝、1.0～2.0wt％的铌、1.6～2.1wt％的钽、3～5wt％的锰、余量为钛，以上组分质量百分比之和为100％。其制备方法为充分混料后，将物料在真空自耗电弧炉中进行熔炼；完成熔炼后，钛合金熔体经凝固制成钛合金铸锭，对钛合金铸锭进行压力加工成型，制成钛合金坯材，然后再制成钛合金棒材；对钛合金棒材进行β相区固溶、两相区时效热处理；针对钛合金棒材，采用高频脉冲离子弧技术，在钛合金棒材表面制备强化层。该方法工艺简单易行，工艺稳定性强。

Description

一种钛合金及其制备方法
技术领域
本发明属于钛合金材料技术领域，具体涉及一种钛合金及其制备方法。
背景技术
钛及钛合金质轻、比强度高，耐腐蚀性好。广泛应用于航空航天、机械仪表、生物医用材料和日用工业等领域。国内一直重视新型钛合金的研制，经过长期实践，将强度和韧性一同考虑在内的损伤容限设计成为钛及钛合金材料应用时备受关注的问题。制备出强度更高、韧性更好的钛合金材料是不断追求的目标。对高速化及提高燃油效率的需求使得新型航空航天飞行器在设计中越来越多地采用综合力学性能更高的钛合金材料，此外，航天、兵器、船舶等武器装备的框梁类承力构件、承力螺栓等紧固件、高强度弹簧等弹性元件、航母弹射器与装甲等均对高强度高韧钛合金有着越来越迫切的需求。但将这些表面技术应用到承受冲击振动载荷、热疲劳环境时，普遍存在涂覆层薄，或抗冲击性能差，或与基体材料结合弱等缺点，需要开发在一种钛合金其表面具有耐磨性高、与基体结合好的表面改性层。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛合金，提供一种具有高强度表面的钛合金材料。
本发明的另一个目的是提供一种钛合金的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种钛合金，按照合金元素组分质量百分比由以下组分组成：8.0～9.0wt％的铝、1.0～2.0wt％的铌、1.6～2.1wt％的钽、3～5wt％的锰、余量为钛，以上组分质量百分比之和为100％。
本发明所采用的另一种技术方案是，一种钛合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按质量百分比分别称取8.0～9.0wt％的铝、1.0～2.0wt％的铌、1.6～2.1wt％的钽、3～5wt％的锰，余量为钛配料，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：经充分混料后，将物料在真空自耗电弧炉中进行熔炼；
步骤3：完成熔炼后，钛合金熔体经凝固制成钛合金铸锭，对钛合金铸锭进行压力加工成型，制成钛合金坯材，然后再制成钛合金棒材；
步骤4：对钛合金棒材进行β相区固溶、两相区时效热处理；
步骤5：针对钛合金棒材，采用高频脉冲离子弧技术，以WC作为强化电极，在钛合金棒材表面制备强化层。
本发明的特点还在于，
步骤2中的熔炼次数为4～6次。
步骤3中将钛合金坯材制成钛合金棒材的过程为：将钛合金铸锭加热到1100℃开坯锻造成的轧制钛合金棒坯，然后将钛合金棒坯加热到800℃，再在横列式轧机上轧制成的钛合金棒材。
步骤5中强化层厚度为0.03～0.08mm。
本发明的一种钛合金的制备方法的有益效果是：
(1)本发明采用高频脉冲离子弧技术强化钛合金表面，制备工艺流程少，提高了生产率并降低了成本，沉积层结构、厚度可控，能够实现工艺化生产。并且，沉积层与基体之间形成良好的冶金结合，具有细微组织，耐磨性能提高。
(2)钛合金的制备工艺操作简便，易于控制，成产成本低。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种钛合金，按照合金元素组分质量百分比由以下组分组成：8.0～9.0wt％的铝、1.0～2.0wt％的铌、1.6～2.1wt％的钽、3～5wt％的锰、余量为钛，以上组分质量百分比之和为100％。
本发明的一种钛合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按质量百分比分别称取8.0～9.0wt％的铝、1.0～2.0wt％的铌、1.6～2.1wt％的钽、3～5wt％的锰，余量为钛配料，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：经充分混料后，将物料在真空自耗电弧炉中进行熔炼；步骤2中的熔炼次数为4～6次；
步骤3：完成熔炼后，钛合金熔体经凝固制成钛合金铸锭，对钛合金铸锭进行压力加工成型，制成钛合金坯材，然后再制成钛合金棒材；步骤3中将钛合金坯材制成钛合金棒材的过程为：将钛合金铸锭加热到1100℃开坯锻造成的轧制钛合金棒坯，然后将钛合金棒坯加热到800℃，再在横列式轧机上轧制成的钛合金棒材；
步骤4：对钛合金棒材进行β相区固溶、两相区时效热处理；
步骤5：针对钛合金棒材，采用高频脉冲离子弧技术，以WC作为强化电极，在钛合金棒材表面制备强化层；步骤5中强化层厚度为0.03～0.08mm。
实施例1
一种钛合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按质量百分比分别称取8.0wt％的铝、1.0wt％的铌、1.6wt％的钽、3wt％的锰，余量为钛配料，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：经充分混料后，将物料在真空自耗电弧炉中进行熔炼；步骤2中的熔炼次数为4次；
步骤3：完成熔炼后，钛合金熔体经凝固制成钛合金铸锭，对钛合金铸锭进行压力加工成型，制成钛合金坯材，然后再制成钛合金棒材；步骤3中将钛合金坯材制成钛合金棒材的过程为：将钛合金铸锭加热到1100℃开坯锻造成的轧制钛合金棒坯，然后将钛合金棒坯加热到800℃，再在横列式轧机上轧制成的钛合金棒材；
步骤4：对钛合金棒材进行β相区固溶、两相区时效热处理；
步骤5：针对钛合金棒材，采用高频脉冲离子弧技术，以WC作为强化电极，在钛合金棒材表面制备强化层；步骤5中强化层厚度为0.03mm。
实施例2
一种钛合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按质量百分比分别称取9.0wt％的铝、2.0wt％的铌、2.1wt％的钽、5wt％的锰，余量为钛配料，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：经充分混料后，将物料在真空自耗电弧炉中进行熔炼；步骤2中的熔炼次数为6次；
步骤3：完成熔炼后，钛合金熔体经凝固制成钛合金铸锭，对钛合金铸锭进行压力加工成型，制成钛合金坯材，然后再制成钛合金棒材；步骤3中将钛合金坯材制成钛合金棒材的过程为：将钛合金铸锭加热到1100℃开坯锻造成的轧制钛合金棒坯，然后将钛合金棒坯加热到800℃，再在横列式轧机上轧制成的钛合金棒材；
步骤4：对钛合金棒材进行β相区固溶、两相区时效热处理；
步骤5：针对钛合金棒材，采用高频脉冲离子弧技术，以WC作为强化电极，在钛合金棒材表面制备强化层；步骤5中强化层厚度为0.08mm。
实施例3
步骤1：按质量百分比分别称取8.5wt％的铝、1.5wt％的铌、1.7wt％的钽、3.4wt％的锰，余量为钛配料，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：经充分混料后，将物料在真空自耗电弧炉中进行熔炼；步骤2中的熔炼次数为5次；
步骤3：完成熔炼后，钛合金熔体经凝固制成钛合金铸锭，对钛合金铸锭进行压力加工成型，制成钛合金坯材，然后再制成钛合金棒材；步骤3中将钛合金坯材制成钛合金棒材的过程为：将钛合金铸锭加热到1100℃开坯锻造成的轧制钛合金棒坯，然后将钛合金棒坯加热到800℃，再在横列式轧机上轧制成的钛合金棒材；
步骤4：对钛合金棒材进行β相区固溶、两相区时效热处理；
步骤5：针对钛合金棒材，采用高频脉冲离子弧技术，以WC作为强化电极，在钛合金棒材表面制备强化层；步骤5中强化层厚度为0.05mm。
实施例4
步骤1：按质量百分比分别称取8.8wt％的铝、1.5wt％的铌、1.6wt％的钽、3.8wt％的锰，余量为钛配料，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：经充分混料后，将物料在真空自耗电弧炉中进行熔炼；步骤2中的熔炼次数为5次；
步骤3：完成熔炼后，钛合金熔体经凝固制成钛合金铸锭，对钛合金铸锭进行压力加工成型，制成钛合金坯材，然后再制成钛合金棒材；步骤3中将钛合金坯材制成钛合金棒材的过程为：将钛合金铸锭加热到1100℃开坯锻造成的轧制钛合金棒坯，然后将钛合金棒坯加热到800℃，再在横列式轧机上轧制成的钛合金棒材；
步骤4：对钛合金棒材进行β相区固溶、两相区时效热处理；
步骤5：针对钛合金棒材，采用高频脉冲离子弧技术，以WC作为强化电极，在钛合金棒材表面制备强化层；步骤5中强化层厚度为0.06mm。
实施例5
步骤1：按质量百分比分别称取8.7wt％的铝、1.8wt％的铌、1.9wt％的钽、4wt％的锰，余量为钛配料，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：经充分混料后，将物料在真空自耗电弧炉中进行熔炼；步骤2中的熔炼次数为5次；
步骤3：完成熔炼后，钛合金熔体经凝固制成钛合金铸锭，对钛合金铸锭进行压力加工成型，制成钛合金坯材，然后再制成钛合金棒材；步骤3中将钛合金坯材制成钛合金棒材的过程为：将钛合金铸锭加热到1100℃开坯锻造成的轧制钛合金棒坯，然后将钛合金棒坯加热到800℃，再在横列式轧机上轧制成的钛合金棒材；
步骤4：对钛合金棒材进行β相区固溶、两相区时效热处理；
步骤5：针对钛合金棒材，采用高频脉冲离子弧技术，以WC作为强化电极，在钛合金棒材表面制备强化层；步骤5中强化层厚度为0.06mm。
本发明的一种钛合金的制备方法有如下优点：
(1)本发明采用高频脉冲离子弧技术强化钛合金表面，制备工艺流程少，提高了生产率并降低了成本，沉积层结构、厚度可控，能够实现工艺化生产。并且，沉积层与基体之间形成良好的冶金结合，具有细微组织，耐磨性能提高。
(2)钛合金的制备工艺操作简便，易于控制，成产成本低。

Claims (5)

1.一种钛合金，其特征在于，按照合金元素组分质量百分比由以下组分组成：8.0～9.0wt％的铝、1.0～2.0wt％的铌、1.6～2.1wt％的钽、3～5wt％的锰、余量为钛，以上组分质量百分比之和为100％。
2.一种钛合金的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取8.0～9.0wt％的铝、1.0～2.0wt％的铌、1.6～2.1wt％的钽、3～5wt％的锰，余量为钛配料，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：经充分混料后，将物料在真空自耗电弧炉中进行熔炼；
步骤3：完成熔炼后，钛合金熔体经凝固制成钛合金铸锭，对钛合金铸锭进行压力加工成型，制成钛合金坯材，然后再制成钛合金棒材；
步骤4：对钛合金棒材进行β相区固溶、两相区时效热处理；
步骤5：针对钛合金棒材，采用高频脉冲离子弧技术，以WC作为强化电极，在钛合金棒材表面制备强化层。
3.根据权利要求2所述的一种钛合金的制备方法，其特征在于，步骤2中的熔炼次数为4～6次。
4.根据权利要求2所述的一种钛合金的制备方法，其特征在于，步骤3中将钛合金坯材制成钛合金棒材的过程为：将钛合金铸锭加热到1100℃开坯锻造成的轧制钛合金棒坯，然后将钛合金棒坯加热到800℃，再在横列式轧机上轧制成的钛合金棒材。
5.根据权利要求2所述的一种钛合金的制备方法，其特征在于，步骤5中强化层厚度为0.03～0.08mm。
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