一種用于制備葉輪的鈦合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于生產(chǎn)加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于制備葉輪的鈦合金及其制備方法。按各組分的重量百分為，Al：6.0％?7.0％；V：4.0％?4.5％；Fe：0.2％?0.3％；Si：0.05?0.15；Zr：0.05％?0.15％；Mo：0.05％?0.15％；C：0.05％?0.10％；N：0.01％?0.04％；H：0.001％?0.012％；O：0.14％?0.18％，余量為Ti。本發(fā)明研制的鈦合金材料與現(xiàn)有技術(shù)相比增加強(qiáng)度，耐磨耐腐性能強(qiáng)，耐高溫抗氧化能力都有所提高，由于本發(fā)明的鈦合金葉輪能夠長時(shí)間的在水低進(jìn)行作業(yè)，不必經(jīng)常性的維修或換件，因此能夠減少維修成本增加壽命，提高效率，同時(shí)降低價(jià)格成本，增加效益，做出的大葉輪達(dá)到Ф1010/Ф280*330mm的同時(shí)，卻只有不到750kg的重量，減重效果特別好。
【專利說明】
一種用于制備葉輪的鈦合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于生產(chǎn)加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于制備葉輪的鈦合金及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦是高科技產(chǎn)業(yè)，經(jīng)歷了多半個(gè)世紀(jì)發(fā)展Ti-6A1_4V合金是當(dāng)今世界通用合金，仍 占有鈦合金用量的50%以上。世界上各鈦大國都在發(fā)展自己的Ti-6A1-4V合金系列牌號(hào)，如 俄羅斯有^'6、8了6(^6了6玎3了61'、8了61(等牌號(hào)。公司于1996年開始研發(fā)1^4(11-641-4￥)合 金系列牌號(hào)，供北京621的所有TC4-1、TC4-2、TC4-3。現(xiàn)在又增添了 TC4EL1、TC4-A、TC4-B等 牌號(hào)。但是其已經(jīng)不能滿足現(xiàn)鈦市場(chǎng)用戶的要求，提供更耐蝕、耐磨、耐高溫的鈦合金材料 已是迫不及待。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的在于提供的一種用于制備葉輪的鈦合金及其制備方法，為實(shí)現(xiàn)上述目 的:本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0004] -種用于制備葉輪的鈦合金，按各組分的重量百分為41:6.0%-7.0%;￥:4.0%-4.5% ；Fe：0.2%-0.3% ；Si：0.05-0.15；Zr：0.05%-0.15% ；Mo：0.05%-0.15% ；C：0.05%- 0.10% ;Ν:0·01%-0·04% ;Η:0·001%-0·012% ;0:0·14%-0·18%，余量為Ti。
[0005] 按如下方法制備:a、按上述重量比例取各種材料放入布料機(jī)內(nèi)進(jìn)行充分地混合， Ti顆粒的粒度為0.254-25.4mm;
[0006] b、電極制作：：把第一步中混合好的合金放入到立式油壓機(jī)模具內(nèi)進(jìn)行擠壓電 極，每節(jié)電極的重量為45Kg;
[0007] C、真空爐內(nèi)進(jìn)行熔煉:在真空爐中要進(jìn)行Φ380*?、Φ480*?和Φ580禮三次熔煉成 錠Φ 580*1700mm;探傷后鋸切頭部冒口和底部成Φ 560*1400mm;
[0008] d、熱錠:將熔煉后的坯錠于1160°C_1180°C加熱8小時(shí)，再進(jìn)行保溫6小時(shí)；
[0009] e、鍛造:在1600噸快鍛機(jī)上開始進(jìn)行鐓拔鍛造，多次鐓拔過程中溫度降低到850°C 時(shí)需回爐1050°C加熱4小時(shí)后再次進(jìn)行鐓拔；當(dāng)錠為Φ 900*700mm時(shí)，將錠側(cè)立起來，進(jìn)行側(cè) 邊局部處理整形，整形好側(cè)邊后再對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行沖孔整形；
[0010] f、二次鍛造:整形后再次回爐1050°C±10°C加熱3小時(shí)，進(jìn)行多次鐓拔鍛造鐓拔過 程中溫度降低到850°C時(shí)需回爐1050°C±10°C加熱3小時(shí)后再次進(jìn)行鐓拔；當(dāng)錠為Φ1100/ Φ 280*400mm時(shí)，將錠側(cè)立起來，進(jìn)行側(cè)邊局部處理整形，整形好側(cè)邊后再對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行沖孔 整形；
[0011 ] g、退火:整形好的錠于750°C -850°C溫度下保溫180分鐘消除應(yīng)力；
[0012] h、再經(jīng)車床加工成型Φ1010/Φ280*330ι?πι即可。
[0013]所述鐓拔過程中設(shè)定鐓粗比為1.55-2。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明研制的鈦合金材料與現(xiàn)有技術(shù)相比增加強(qiáng)度，耐磨 耐腐性能強(qiáng)，耐高溫抗氧化能力都有所提高，由于本發(fā)明的鈦合金葉輪能夠長時(shí)間的在水 低進(jìn)行作業(yè)，不必經(jīng)常性的維修或換件，因此能夠減少維修成本增加壽命，提高效率，同時(shí) 降低價(jià)格成本，增加效益，做出的大葉輪達(dá)到φ 1010/ φ 280*330mm的同時(shí)，卻只有不到 750kg的重量，減重效果特別好。以TC4為基準(zhǔn)改進(jìn)，加入六種微量元素:？6、2^1〇、0、3丨、(：來 提高TC4合金的性能，通過在β區(qū)域多火反復(fù)鐓拔變形，保證葉輪質(zhì)量指標(biāo)要求。TC4-C合金 葉輪鍛制要點(diǎn)得知，坯料加熱1160-1180°C，超過該批號(hào)坯料相點(diǎn)100多度，低溫時(shí)無法達(dá) 到我們的大葉輪，所以必須在相變點(diǎn)以上進(jìn)行鍛造，熱鍛均屬β鍛造，在β區(qū)域三軸向分別進(jìn) 行每個(gè)方向的單軸向鐓拔變形方式，有60-70%變形在相變點(diǎn)以上，完成變形，還留有30-40%變形在兩相區(qū)完成，可充分利用相變點(diǎn)以上金屬變形抗力低，易于金屬內(nèi)部流動(dòng)的特 點(diǎn)，來充分破碎粗品，獲均勻組織，經(jīng)多火反復(fù)鐓拔變形方式，使葉輪毛坯組織合格。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明鈦合金錠毛坯圖；
[0016]圖2為本發(fā)明鈦合金錠本成品圖；
[0017]圖3為本發(fā)明鈦合金大葉輪最終成品圖；
[0018]圖4為表3中6個(gè)試驗(yàn)的鈦合金顯微組織照片。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明所采取的技術(shù)手段及其效果，以下結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施 例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0020] 實(shí)施例一
[0021] 根據(jù)Ti-6A1-4V為基準(zhǔn)，設(shè)定Ti-6.5A1-4.2V，按Al:6.5% ;V:4.2% ;Fe:0.27% ; Si:0.07%;Zr:0.07% ;Μ〇:0·07% ;(：:0.07%4:0.015%;!1:0.001% ;0:0.15%，余量為1^ 設(shè)定量來準(zhǔn)備材料。按計(jì)量將準(zhǔn)備好Α1皮，Α1豆，海綿鈦，各金屬元素的粉末及石墨和二氧 化鈦，各種材料放入布料機(jī)內(nèi)進(jìn)行充分地混合?；旌虾蟮目傊亓繛?80kg。海綿鈦的粒度為 0.254-25.4mm;合金放入到立式油壓機(jī)模具內(nèi)進(jìn)行擠壓電極，每節(jié)電極的重量為45Kg;共用 9節(jié)電極，在真空爐中按常規(guī)的方式進(jìn)行熔煉，進(jìn)行Φ 380*L、Φ480*L和Φ 580*L三次熔煉成 錠Φ580*1700πιπι;熔煉成錠重1.65t。探傷后鋸切頭部冒口和底部成Φ560*1400πιπι，重1.5t; 坯錠經(jīng)扒皮、取樣分析結(jié)果見表1。
[0022] 表1TC4-C錠化學(xué)成分
[0023] Table 1Chemical composition of ingots
[0024]
[0025] 將熔煉后的坯錠于1160 °C_1180°C加熱8小時(shí)，再進(jìn)行保溫6小時(shí);在快鍛機(jī)上開始 進(jìn)行鐓拔鍛造，多次鐓拔(設(shè)定鐓粗比為1.55-2)過程中溫度降低到850°C時(shí)需回爐1050Γ 加熱4小時(shí)后再次進(jìn)行鐓拔；回爐次數(shù)以溫度降低的速度為基準(zhǔn)，當(dāng)錠為Φ900*700mm時(shí)，將 錠側(cè)立起來，進(jìn)行側(cè)邊局部處理整形，整形好側(cè)邊后再對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行沖孔整形；二次鍛造:整 形后再次回爐1050°C±10°C加熱3小時(shí)，進(jìn)行鐓拔鍛造，多次鐓拔過程中溫度降低到850°C 時(shí)需回爐1050°C±10°C加熱3小時(shí)后再次進(jìn)行鐓拔；回爐次數(shù)以溫度降低的速度為基準(zhǔn)。當(dāng) 錠Φ 1100/ Φ 280*400mm時(shí)，將錠側(cè)立起來，進(jìn)行側(cè)邊局部處理整形，整形好側(cè)邊后再對(duì)內(nèi)孔 進(jìn)行沖孔整形;整形好的錠于750°C-850°C溫度下保溫180分鐘消除應(yīng)力;再經(jīng)車床加工成 型Φ 1010/Φ 280*330mm即可，最終得到我們的TC4-C鈦葉輪。
[0026] 效果數(shù)據(jù)
[0027] 表2葉輪Μ狀態(tài)拉伸性能
[0028] Table 3The M state tensile properties of the impeller
[0029]
[0031] 從表2中葉輪M狀態(tài)拉伸性能比較中發(fā)現(xiàn)鐓粗比控制2.0、退火850 °C工藝葉輪拉伸 性能較鐓粗比1.55好些。因?yàn)殓叴直?.0意味著在相變點(diǎn)以下，即兩相區(qū)的變形量比前者 大，鐓粗比2.0的葉輪在兩相區(qū)有約40%的變形量，性能略高前者。
[0032]表2的6個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的顯微組織照片，從圖4中六個(gè)顯微組織照片看，它們區(qū)別不 大，品粒尺寸均處在于《航空飛機(jī)用TC4合金顯微組織》中（1-12級(jí)），它規(guī)定1-8級(jí)為合格。本 文顯微組織處在7級(jí)水平上屬于組織合格。
[0033] 表3TC4-C鈦葉輪50(TC性能
[0034] Table 4The performance of TC4-C titanium impeller under 500°C
[0035]
[0037] 表3中性能數(shù)值證實(shí)該合金有優(yōu)異高溫性能，如在500°C、177MPa應(yīng)力下100小時(shí)殘 余變形僅達(dá)成〇. 067% JC4-C合金比TC4合金高溫性能提高的特別明顯。
[0038] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于制備葉輪的鈦合金，其特征在于，按各組分的重量百分為^1:6.0%_ 7.0% ；V：4.0%-4.5% ；Fe：0.2%-0.3% ；Si：0.05-0.15；Zr：0.05%-0.15%；Mo：0.05%- 0.15%;C:0.05%-0.10%;N:0.01%-0.04% ;H:0.001%-0.012%;0:0.14%-0.18%，余量 為Ti。2. -種按權(quán)利要求1所述用于制備葉輪的鈦合金的制備方法，其特征在于，按如下方法 制備：a、按上述重量比例取各種材料放入布料機(jī)內(nèi)進(jìn)行充分地混合，Ti顆粒的粒度為 0·254-25·4mm; b、 電極制作：：把第一步中混合好的合金放入到立式油壓機(jī)模具內(nèi)進(jìn)行擠壓電極，每節(jié) 電極的重量為45Kg; c、 真空爐內(nèi)進(jìn)行熔煉:在真空爐中要進(jìn)行Φ 380*L、Φ 480禮和Φ 580禮三次熔煉成錠Φ 580*1700mm;探傷后鋸切頭部冒口和底部成Φ 560*1400mm; d、 熱錠:將熔煉后的坯錠于1160 °C_1180 °C加熱8小時(shí)，再進(jìn)行保溫6小時(shí)； e、 鍛造:在1600噸快鍛機(jī)上開始進(jìn)行鐓拔鍛造，多次鐓拔過程中溫度降低到850°C時(shí)需 回爐1050°C加熱4小時(shí)后再次進(jìn)行鐓拔；當(dāng)錠為Φ 900*700mm時(shí)，將錠側(cè)立起來，進(jìn)行側(cè)邊局 部處理整形，整形好側(cè)邊后再對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行沖孔整形； f、 二次鍛造:整形后再次回爐1050°C±10°C加熱3小時(shí)，進(jìn)行多次鐓拔鍛造鐓拔過程中 溫度降低到850°C時(shí)需回爐1050°C ± 10°C加熱3小時(shí)后再次進(jìn)行鐓拔；當(dāng)錠為Φ1100/Φ 280*400mm時(shí)，將錠側(cè)立起來，進(jìn)行側(cè)邊局部處理整形，整形好側(cè)邊后再對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行沖孔整 形； g、 退火:整形好的錠于750 °C -850 °C溫度下保溫180分鐘消除應(yīng)力； h、 再經(jīng)車床加工成型Φ 1010/Φ 280*330mm即可。3. 按權(quán)利要求2所述用于制備葉輪的鈦合金的制備方法，其特征在于，所述鐓拔過程中 設(shè)定鐓粗比為1.55-2。
【文檔編號(hào)】C22C14/00GK106065439SQ201610625930
【公開日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年8月2日
【發(fā)明人】陳國財(cái), 單學(xué)峰, 楊文甲, 張寶利, 楊曉輝, 陳蘇
【申請(qǐng)人】陳國財(cái)