一種低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al?1.5%～1.8%，Nb?10%～11.5%，F(xiàn)e≤0.10%，Si≤0.05%，C≤0.08%，N≤0.04%，H≤0.006%，O≤0.12%，余量為Ti。本發(fā)明焊絲與鈦鋁鈮合金焊接后形成的熔敷金屬具有優(yōu)異的強塑性匹配，其在溫度為77K條件下的抗拉強度為1100MPa～1300MPa，屈服強度不低于950MPa，延伸率不低于22%，焊接結(jié)構(gòu)具有良好的綜合性能，具有廣泛的推廣價值和應(yīng)用空間。
【專利說明】一種低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國航天、航空、化工、醫(yī)藥等行業(yè)的迅速發(fā)展，在低溫下具有高強度、優(yōu)異沖擊韌性和抗缺口敏感性、熱導(dǎo)率低、無磁等特點的鈦合金成為低溫結(jié)構(gòu)材料的首選，可作為宇航、超導(dǎo)等領(lǐng)域中的一種重要的低溫工程材料來使用。工程材料在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中不可避免需要采用焊接方式來完成母材的連接，同時焊接結(jié)構(gòu)的綜合性能是決定構(gòu)件安全可靠性的一個重要因素。而焊接結(jié)構(gòu)的性能又受焊接成分、焊接方式和焊接工藝等因素的影響，因此，對特定成分的金屬材料需要采用特定成分的焊絲來確保焊縫質(zhì)量及焊接結(jié)構(gòu)的可靠。
[0003]用于77K低溫環(huán)境的鈦鋁鈮合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成:A12.0%~3.5%，Nbl2%~16%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。該合金主要用于制造航天、超導(dǎo)、兵器等各行業(yè)中液氮的壓力元件、承壓容器、生物器件以及相應(yīng)的導(dǎo)流系統(tǒng)和管路等，是國防及民用生產(chǎn)運輸?shù)年P(guān)鍵材料。鈦鋁鈮合金作為一種替代傳統(tǒng)低溫使用的T1-5Al-2.5Sn、Ti_6Al_4V鈦合金的新型兩相鈦合金，因添加了大量Nb元素，致使其室溫冷加工性能優(yōu)異，但由于其使用背景涉及航天航空等高科技領(lǐng)域，相關(guān)報道資料較少，針對該合金涉及的專用焊絲，目前國內(nèi)尚未見相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲。該焊絲與鈦鋁鈮合金焊接后形成的熔敷金屬在77K低溫條件下的抗拉強度為110010^~130010^，屈服強度不低于95010^，延伸率不低于22%，該焊絲用于鈦鋁鈮合金的焊接后得到的焊接結(jié)構(gòu)具有良好的綜合性能，具有廣泛的推廣價值和應(yīng)用空間。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:A11.5%~1.8%，Nbl0%~11.5%，F(xiàn)e ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%, H ≤ 0.006%, O ≤ 0.12%,余量為 Ti ;所述低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲是指該焊絲與鈦鋁鈮合金焊接后形成的熔敷金屬在溫度為77K條件下的抗拉強度為IlOOMPa~1300MPa，屈服強度不低于950MPa，延伸率不低于22%，所述鈦鋁鈮合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成:A12.0%~3.5%，Nbl2%~16%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
[0006]上述的一種低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Α11.5%, Nb 10%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%, H ≤ 0.006%,O≤0.12%，余量為Ti。
[0007]上述的一種低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:A11.8%, Nbll.8%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%, H ≤ 0.006%,O≤0.12%，余量為Ti。[0008]上述的一種低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Α11.6%, Nb 11%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤0.04%, H ≤ 0.006%,O≤0.12%，余量為Ti。
[0009]上述的一種低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:A11.6%, Nbl0.5%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%, H ≤ 0.006%,O≤0.12%，余量為Ti。
[0010]本發(fā)明鈦鋁鈮合金專用焊絲的制備方法為:
[0011]步驟一、將海綿鈦、Al粉和T1-Nb中間合金顆粒按質(zhì)量百分比均勻混合，然后在油壓機上壓制成塊狀電極；
[0012]步驟二、將數(shù)塊電極采用等離子焊接成長條狀，然后在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二至三次熔煉，得到鑄錠；
[0013]步驟三、切除鑄錠的冒口并剔除鑄錠的表面缺陷，然后在溫度為1040°C~1210°C的條件下對鑄錠進(jìn)行開坯鍛造；
[0014]步驟四、在溫度為890°C~1010°C的條件下將開坯鍛造后的鑄錠在自由鍛設(shè)備上進(jìn)行自由鍛造，得到粗棒；
[0015]步驟五、在溫度為890°C~960°C的條件下將鍛造后的粗棒熱軋為規(guī)格為Φ8πιπι~Φ 12mm的細(xì)棒；
[0016]步驟六、采用磨光或車光方式去除粗棒表面氧化皮及微裂紋等缺陷，然后在溫度為740V~760°C的條件下對細(xì)棒進(jìn)行熱拉拔，得到絲材；
[0017]步驟七、將絲材進(jìn)行表面機械處理或酸堿洗處理，然后進(jìn)行退火處理，最終得到規(guī)格為Φ0.5~Φ6_的成品焊絲。
[0018]所述鈦鋁鈮合金可采用常規(guī)方法制備得到:首先根據(jù)需要選擇合適的原料，按設(shè)計成分混合壓制電極，再在常規(guī)真空自耗電弧爐中經(jīng)二次或三次熔煉得到合金鑄錠，然后將合金鑄錠扒皮并切去冒口和尾端后，在液壓鍛造機、鍛錘等自由鍛造設(shè)備上進(jìn)行多火次開坯鍛造和鐓拔鍛造，最終得到鈦鋁鈮合金板材。所述開坯鍛造的加熱溫度為1150°C~1250°C，開坯鍛造的火次變形量不小于60%，鐓拔鍛造的加熱溫度為850°C~980°C，鐓拔鍛造的火次變形量不大于70%。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0020]1、本發(fā)明焊絲與鈦鋁鈮合金焊接后得到的焊接結(jié)構(gòu)具有良好的綜合性能，且焊接性能良好，室溫冷成形性能優(yōu)異，焊接系數(shù)大于90%。
[0021]2、采用本發(fā)明焊絲與鈦鋁鈮合金焊接后形成的熔敷金屬具有優(yōu)異的強塑性匹配，其293K室溫力學(xué)性能和77K低溫力學(xué)性能滿足以下要求:293K室溫條件下的抗拉強度Rm≥600MPa,屈服強度Rp0.2≥500MPa,延伸率A50≥14%，沖擊韌性Qku^ 45J/cm2 ；77K低溫條件下的抗拉強度Rm=IlOOMPa~1300MPa，屈服強度Rpa2≥950MPa,延伸率A50≥22%。由此證實本發(fā)明焊絲用于鈦鋁鈮合金的焊接后得到的焊接結(jié)構(gòu)具有良好的綜合性能。
[0022]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【具體實施方式】
[0023]實施例1[0024]本實施例鈦鋁鈮合金專用焊絲，其化學(xué)成分組成按質(zhì)量百分比計為:A1=1.5%，Nb=10%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%, H ≤ 0.006%, O ≤ 0.12%，余量為Ti。本實施例中，F(xiàn)e=0.03%, Si ( 0.04%, C=0.01%, N=0.01%, H=0.005%, 0=0.08%。
[0025]本實施例鈦鋁鈮專用焊絲的制備方法為:
[0026]步驟一、將1級海綿鈦、高純Al粉(質(zhì)量純度為99%以上)和Ti_40Nb中間合金顆粒按質(zhì)量百分比均勻混合，然后在油壓機上壓制成塊狀電極；
[0027]步驟二、將數(shù)塊電極采用等離子焊接成長條狀，然后在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二至三次熔煉，得到鑄錠；
[0028]步驟三、切除鑄錠的冒口并剔除鑄錠的表面缺陷，然后在溫度為1040°C的條件下對鑄錠進(jìn)行開坯鍛造；
[0029]步驟四、在溫度為890°C的條件下將開坯鍛造后的鑄錠在自由鍛設(shè)備上進(jìn)行自由鍛造，得到粗棒；
[0030]步驟五、在溫度為890°C的條件下將鍛造后的粗棒熱軋為規(guī)格為Φ8πιπι的細(xì)棒；
[0031]步驟六、采用磨光或車光方式去除粗棒表面氧化皮及微裂紋等缺陷，然后在溫度為740°C的條件下對細(xì)棒進(jìn)行熱拉拔，得到絲材；
[0032]步驟七、將絲材進(jìn)行表面機械處理或酸堿洗處理，然后進(jìn)行退火處理，最終得到規(guī)格為Φ0.5的成品焊絲。
[0033]選用厚度為δ 1.5mm的鈦鋁鈮合金板作為焊接母材，其名義化學(xué)成按質(zhì)量百分比計為:A13%，Nbl5%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。該鈦鋁鈮合金板采用常規(guī)方法制備得到:首先根據(jù)需要選擇合適的原料，按設(shè)計成分混合壓制電極，再在常規(guī)真空自耗電弧爐中經(jīng)二次或三次熔煉得到合金鑄錠，然后將合金鑄錠扒皮并切去冒口和尾端后，在液壓鍛造機、鍛錘等自由鍛造設(shè)備上進(jìn)行多火次開坯鍛造和鐓拔鍛造，最終得到鈦鋁鈮合金板材。所述開坯鍛造的加熱溫度為1200°C，開坯鍛造的火次變形量不小于60%，鐓拔鍛造的加熱溫度為900°C，鐓拔鍛造的火次變形量不大于70%。
[0034]用剪板機將鈦招銀合金板裁剪為規(guī)格為30mmX 20mmX 1.5mm的焊條。焊接前用丙酮對焊絲和焊條進(jìn)行充分浸泡，去除表面油污后采用氬弧焊接完成母材焊接，焊接后熔敷金屬的室溫性能和低溫性能數(shù)據(jù)見表1。
[0035]表1本發(fā)明實施例1熔敷金屬在室溫和低溫條件下的力學(xué)性能
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Α11.5% ~1.8%, Nb 10% ~11.5%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%,H^0.006%, 0^0.12%，余量為Ti ;所述低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲是指該焊絲與鈦鋁鈮合金焊接后形成的熔敷金屬在溫度為77Κ條件下的抗拉強度為IlOOMPa~1300MPa，屈服強度不低于950MPa，延伸率不低于22%，所述鈦鋁鈮合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成:A12.0%~3.5%, Nb 12%~16%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:A1L 5%, Nb 10%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C^0.08%, N^0.04%,H ≤ 0.006%, O ≤ 0.12%，余量為 Ti。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:A11.8%, Nbll.5%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%,H ≤ 0.006%, O ≤ 0.12%，余量為 Ti。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:A11.6%, Nb 11%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%,H ≤ 0.006%, O ≤ 0.12%，余量為 Ti。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫高強鈦鋁鈮合金專用焊絲，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:A11.6%, Nbl0.5%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%,H ≤ 0.006%, O ≤ 0.12%，余量為 Ti。
【文檔編號】B23K35/32GK103692109SQ201310681313
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】杜宇, 劉偉, 洪權(quán), 楊海瑛, 毛小南 申請人:西北有色金屬研究院