適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的Ti?6Al?4V合金焊絲的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的Ti?6Al?4V合金焊絲的制備方法，屬于有色金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。該制備方法為：S1合金焊絲原料混合壓制成電極，熔煉制成合金鑄錠；S2均勻化退火；S3開(kāi)坯鍛造；S4進(jìn)行軋制，并使用超聲波探傷；S5進(jìn)行一次大變形兩次軋制，加熱并保溫；S6熱拉拔規(guī)圓并做表面處理；S7進(jìn)行控溫?zé)崂?；S8進(jìn)行冷拉拔后進(jìn)行退火；S9進(jìn)行滑塊矯直，矯直切斷，去應(yīng)力退火、磨光即得成品。本發(fā)明的有益效果為：消除鑄造時(shí)急冷造成的合金成分和組織的不均勻性；采用無(wú)心磨這種機(jī)械方式去除絲材受污染的表面，既去除了表面臟物，又防止了絲材在后續(xù)存放時(shí)表面的進(jìn)一步腐蝕，有利于絲材質(zhì)量的穩(wěn)定和提高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的T i -6AI-4V合金焊絲的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于有色金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的 Ti-6A1-4V合金焊絲的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦合金具有低密度、高比強(qiáng)度、耐高溫、耐蝕、可焊等優(yōu)點(diǎn)，是航空、航天飛行器輕 量化和提高綜合性能的最佳用材。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外飛行器上鈦合金的使用量大幅增加，鈦合 金的使用量和使用水平已經(jīng)成為衡量航空航天技術(shù)及飛行器性能先進(jìn)程度的一項(xiàng)重要指 標(biāo)。
[0003] 精密鑄造是鈦合金零件的先進(jìn)制造技術(shù)，有著提高材料利用率、減輕結(jié)構(gòu)重量、降 低成本、擴(kuò)大鈦合金應(yīng)用范圍等方面獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但由于鈦合金鑄件的澆注熔點(diǎn)高、真空熔 煉澆注會(huì)產(chǎn)生鑄造缺陷等，不可避免的需要用補(bǔ)焊方法來(lái)進(jìn)行修復(fù)。鈦合金精密鑄造件的 缺陷補(bǔ)焊就會(huì)用到鈦合金焊絲，焊絲自然成為了鈦合金零件生產(chǎn)中的重要原材料，焊絲對(duì) 鈦合金鑄件補(bǔ)焊的質(zhì)量、使用壽命等方面有重要的影響。
[0004] 目前焊絲的生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)成熟，其發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)在于技術(shù)的優(yōu)化、穩(wěn)定，關(guān)鍵參數(shù) 的固化和生產(chǎn)流程的規(guī)范化等方面，且通過(guò)焊絲的大批量穩(wěn)定生產(chǎn)來(lái)降低制造成本?，F(xiàn)有 的國(guó)內(nèi)鈦合金焊絲標(biāo)準(zhǔn)GB/T30562-2014只是對(duì)焊絲化學(xué)成分、尺寸和表面質(zhì)量等作出了簡(jiǎn) 單的規(guī)定。對(duì)比國(guó)內(nèi)相關(guān)的技術(shù)要求可見(jiàn)，焊絲生產(chǎn)控制和質(zhì)量水平遠(yuǎn)不能滿足國(guó)際上公 認(rèn)的鈦合金焊絲的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)AMS4954的要求，導(dǎo)致高端焊絲尤其是航空航天用鈦合金焊絲 基本依罪進(jìn)口。
[0005] 與本發(fā)明最接近的專(zhuān)利是"一種Ti-6A1-4VELI鈦合金專(zhuān)用Ti-6A1-3V焊絲及其加 工工藝"（專(zhuān)利號(hào)：201510352696.9)，該方法是將鈦合金線坯熱處理后拉伸成絲材半成品， 經(jīng)堿洗、酸洗后，矯直、切斷，打磨成直絲成品。本發(fā)明提供一種適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的 Ti-6A1-4V合金焊絲的制備工藝，該工藝對(duì)焊絲生產(chǎn)工藝和檢測(cè)手段進(jìn)行嚴(yán)格管控，去掉焊 絲生產(chǎn)中經(jīng)常采用的堿洗、酸洗過(guò)程，從而避免了堿洗、酸洗工藝帶來(lái)的環(huán)境污染和加重工 人防護(hù)負(fù)擔(dān)的問(wèn)題，并且在制造工藝中加入檢測(cè)過(guò)程，例如在一次乳制后進(jìn)行超聲波探傷 檢測(cè)，在關(guān)鍵步驟后進(jìn)行富氧層檢測(cè)等，保證焊絲滿足高端需求。本發(fā)明提供的工藝采用的 是熱拉拔與冷加工結(jié)合的方法，獲得的焊絲質(zhì)量一致性好，無(wú)氫脆等潛在缺陷的產(chǎn)生。申請(qǐng) 號(hào)200510124907.X的日本大同特殊鋼株式會(huì)社提供了一種包括Ti或Ti合金的焊絲。焊絲具 有表面富氧層以及具有至少一種堿金屬和堿土金屬的金屬化合物。而本發(fā)明提供的焊絲是 按照AMS4954的要求，無(wú)富氧層，且焊絲采用堆焊的方式為鈦合金鑄件補(bǔ)焊，不能引入不必 要的其它成分?？傊捎帽竟に嚿a(chǎn)的焊絲完全滿足AMS4954的要求，提升了焊絲生產(chǎn)的 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等要求，填補(bǔ)了高端航空用鈦合金鑄件補(bǔ)焊用焊絲的國(guó)內(nèi)空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是發(fā)明一種適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的Ti-6A1_4V合金焊絲的制備 工藝，可滿足鈦合金鑄件對(duì)焊絲的國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)需求、降低成本和擺脫對(duì)國(guó)外鈦合金焊絲的 依賴，提高鈦合金鑄件用焊絲制造技術(shù)成熟度和自主保障能力，同時(shí)可顯著提升鈦合金鑄 件的制造質(zhì)量和使用壽命。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的 Ti-6A1_4V合金焊絲的制備方法，包含下列步驟:Sl合金焊絲原料混合壓制成電極，熔煉制 成合金鑄錠;S2鑄錠均勻化退火處理;S3將步驟S2產(chǎn)物加熱到1050 °C~1150 °C開(kāi)坯鍛造，終 鍛溫度多830°C ; S4將步驟S3產(chǎn)物進(jìn)行乳制，并使用超聲波探傷；S5將步驟S4產(chǎn)物進(jìn)行一次 大變形兩次乳制，加熱并保溫，終乳溫度多800°C，進(jìn)行超聲波探傷處理;S6將步驟S5產(chǎn)物熱 拉拔規(guī)圓并做表面處理;S7將步驟S6產(chǎn)物進(jìn)行控溫?zé)崂?S8將步驟S7產(chǎn)物進(jìn)行冷拉拔后 進(jìn)行退火;S9將步驟S8產(chǎn)物進(jìn)行滑塊矯直，矯直切斷，去應(yīng)力退火、磨光即得成品
[0008] 優(yōu)選地，所述步驟Si中的所述鈦合金絲材原料為:海綿鈦、鋁釩合金、鋁豆、鐵粉以 及二氧化鈦。
[0009] 優(yōu)選地，所述步驟S5的加熱溫度為895°C~955°C，保溫時(shí)間為60~90min。
[0010] 優(yōu)選地，所述步驟S7中所述控溫?zé)崂蔚臈l件為溫度控制在700~800°C，拉拔道 次為10-17次，道次變形量7-20%拉拔速度lm/min-6m/min;當(dāng)總變形量在55%-75%時(shí)增加 一次中間退火處理，720~750 °C/60min大氣退火，空冷。
[0011]優(yōu)選地，所述步驟S8中冷拉拔條件為:拉拔道次為4-6次，道次變形量10-20%，拉 拔速度 2m/min-10m/min〇
[0012] 本發(fā)明還保護(hù)適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的Ti-6A1_4V合金焊絲，所述合金焊絲由 上述制備方法制成，其質(zhì)量百分比成分為:Al :5.50%~6.75 %; V: 3.50 %~4.50%; 0:彡 0.18%;Fe 彡 0.25%;余量為 Ti。
[0013] 優(yōu)選地，所述鈦合金絲含有下列質(zhì)量百分比成分中的一種或多種：C:0.011~ 0·014;0:0·10~0·13;Ν:0·0068~O·080;H:O·0006~O·0008。
[0014] 優(yōu)選地，所述鈦合金絲的直徑為l-5mm。
[0015] 本發(fā)明還保護(hù)一種焊絲，其中包含所述的適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的Ti-6A1_4V 合金焊絲。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本發(fā)明提供用于制造一種鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的焊絲 的制備工藝，通過(guò)結(jié)合制備鑄錠、鍛造、熱乳、冷拉拔、熱處理和精加工工序，能夠?qū)崿F(xiàn)批量 化生產(chǎn)，達(dá)到了制造高端焊絲的性能要求。
[0017] 1.通過(guò)熔煉、鑄造獲得成分符合要求、形狀和尺寸適于后面加工的鑄錠，然后通過(guò) 熱擠壓加工迅速而節(jié)能地改變鑄錠的外形和尺寸，并使其內(nèi)部組織發(fā)生變化以提高其承受 冷加工的能力，最后通過(guò)冷加工獲得符合使用要求的幾何尺寸和力學(xué)性能。
[0018] 2.鑄錠在熱加工之前進(jìn)行的均勻化退火(或稱均勻化處理），是把鑄錠裝入專(zhuān)用的 爐子中，在稍低于該合金熔點(diǎn)的溫度下保持一段時(shí)間，借助金屬原子在高溫下所具有的較 強(qiáng)的擴(kuò)散能力，消除鑄造時(shí)急冷造成的合金成分和組織的不均勻性。
[0019] 3.產(chǎn)品是用于大型鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的焊絲，凡焊絲表面存在的氧化物、雜質(zhì)和 污垢，以及由于在加工過(guò)程中形成的擦劃傷痕而在焊絲貯存期間產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物，均可能 在焊接時(shí)進(jìn)入焊縫，降低型材相互之間的連接強(qiáng)度，因此，為了切實(shí)保證鑄件牢固可靠，應(yīng) 當(dāng)通過(guò)表面光化處理，去掉焊絲表面存在的一切缺陷。與目前國(guó)內(nèi)外常用的酸堿洗的表面 化學(xué)光化處理不同，本發(fā)明采用無(wú)心磨這種機(jī)械方式去除絲材受污染的表面，既去除了表 面臟物，又防止了絲材在后續(xù)存放時(shí)表面的進(jìn)一步腐蝕，有利于絲材質(zhì)量的穩(wěn)定和提高。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為使用本發(fā)明進(jìn)行焊接的示意圖；
[0021]圖2為焊縫表面不意圖；
[0022]圖3為熒光測(cè)試結(jié)果；
[0023]圖4為X光檢測(cè)結(jié)果；
[0024]圖5為富氧層檢測(cè)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖、通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。以下實(shí)施例只是描述性 的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0026] -種適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的Ti-6A1_4V合金焊絲的制備工藝，其特征是按照 如下步驟實(shí)施：
[0027] (1)本發(fā)明范圍內(nèi)的Ti-6A1-4V合金的成分控制（重量百分比）滿足GB/T 3623- 2007:Al :5.50%~6.75% ;V:3.50%~4.50% ;0:彡0.18% ;Fe彡0.25%;余量為T(mén)i和不可 避免的雜質(zhì)元素。
[0028] (2)本發(fā)明成分范圍內(nèi)鈦合金的冶煉工藝如下:原材料采用1級(jí)海綿鈦，將海綿鈦、 鋁釩合金(產(chǎn)品粒度0.50-3.0mm)、鋁豆、鐵粉(使用分析純類(lèi)化學(xué)試劑）、二氧化鈦(呈粉末 狀，凝結(jié)成小塊狀不能使用），按如下流程進(jìn)行熔煉:原料-配料-布料-壓電極-烘干- 焊接-三次熔煉，制成0380mm合金鑄錠。鑄錠剔除表面缺陷。
[0029] (3)均勻化退火處理，將鑄錠裝入專(zhuān)用的退火爐子中，加熱到1150°C~1250°C，保 溫4小時(shí)以上。
[0030] (4)鍛造開(kāi)坯
[0031] 退火處理后的鑄錠經(jīng)電爐加熱到I 0 5 0 °C~I 1 5 0 °C，開(kāi)坯鍛造（0 00 -0170 nrn)，終鍛溫度彡830°C，利于后續(xù)乳制變形組織的細(xì)化。
[0032] (5) -次乳制-超聲波探傷
[0033] (6)-次大變形兩次乳制（0:1雜-冊(cè)5 _)，采用電爐加熱至丨J900°C~950°C(±5 °C)，保溫時(shí)間60~90min，終乳溫度多8〇〇°(：。065唧1棒材進(jìn)行超聲波探傷處理。
[0034] (7)二次乳制（065 imn)采用電爐加熱到900°C~950°C(±5°C)，保溫 時(shí)間60~90min，終乳溫度彡800°C。
[0035] (8)熱拉拔規(guī)圓，將012mm的坯料經(jīng)過(guò)控溫?zé)崂我?guī)圓，控制棒材表面尺寸均勻。
[0036] (9)表面處理，經(jīng)表面機(jī)械扒皮，削掉表面黑皮、裂紋等乳制缺陷，對(duì)局部遺留少量 缺陷進(jìn)行修磨處理干凈。
[0037] (10)控溫?zé)崂?，?shí)際控溫溫度控制在700~800°C，拉拔道次為10-17次，道次變 形量7-20%拉拔速度1111/1^11-6111/1^11。當(dāng)總變形量在55%-75%時(shí)增加一次中間退火處理， 720~750°C/60min大氣退火，空冷，以消除加工產(chǎn)生應(yīng)力，改善其綜合性能。熱拔中間增加 棒絲材取樣頻率，檢驗(yàn)棒絲材表面污染層狀況;冷拉拔熱處理前后取樣，檢驗(yàn)棒絲材表面污 染層狀況。
[0038] (11)冷拉拔:控溫?zé)崂晤A(yù)留40%_60%的冷拔變形量，經(jīng)完全退火，拉拔涂層，進(jìn) 行冷拉拔加工，拉拔道次為4-6次，道次變形量10-20%，拉拔速度2m/min-10m/min。大氣退 火，空冷，以消除加工產(chǎn)生應(yīng)力，改善其綜合性能。
[0039] (12)冷拉拔至0:1. 5Omm_05. 60mm半成品后進(jìn)行完全退火。
[0040] (13)經(jīng)滑塊矯直(直度彡1.0mm/m)，矯直切斷，700°C以上去應(yīng)力退火、無(wú)心磨磨光 成 01mnr_05mm 成品。
[0041]無(wú)心磨前后檢驗(yàn)棒絲材表面污染層狀況;并增加用刮刀處理合格矯直后樣品，與 無(wú)心磨工序加工后的產(chǎn)品表面質(zhì)量及表面污染層進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)是否有外來(lái)污染帶入產(chǎn) 品。無(wú)心磨：用M1050#無(wú)心磨床加工，砂輪材質(zhì)為綠色碳化娃，磨削砂輪采用120目粒度，砂 輪轉(zhuǎn)速控制在40r/min~120r/min范圍內(nèi)，無(wú)心磨道次磨削量磨控制在0.12mm以內(nèi)，保證產(chǎn) 品表面質(zhì)量及尺寸公差滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。
[0042] (14)按照AMS4954J標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)檢驗(yàn)、檢測(cè)要求，檢查檢驗(yàn)成品。
[0043] 應(yīng)用本發(fā)明提供的制造方法所制造的Ti-6A1-4V合金絲材，經(jīng)過(guò)可焊性驗(yàn)證，完全 滿足制作鈦合金鑄件補(bǔ)焊用焊絲的性能要求。
[0044] 結(jié)果與討論：
[0045] 1.焊絲化學(xué)成分如表1所示：
[0046] 表1焊絲化學(xué)成分
[0048] 2.焊絲表面
[0049] 焊絲表面均勻、光亮，與Kodak灰度標(biāo)準(zhǔn)卡比對(duì)，〈0.3。
[0050] 3.可焊性
[0051] 如圖1所示，焊接采用手工鎢極氬弧焊，先在與焊絲相同材質(zhì)鈦合金板材上加工出 Φ4的半圓槽，然后兩層堆焊的方式進(jìn)行。
[0052] 結(jié)論:焊接過(guò)程中焊絲材無(wú)飛濺，焊道靜止，表面無(wú)焊渣及殘?jiān)?，最終焊縫光亮，焊 接波紋均勻，表面光滑，無(wú)明顯的氣孔縮松等缺陷。
[0053] 4.焊縫檢測(cè)
[0054] 4.1)焊縫表面如圖2所示，焊縫表面呈亮銀色，表面無(wú)咬邊、凹坑、弧坑等缺陷。
[0055] 4.2)熒光檢測(cè)如圖3所示，熒光檢測(cè)顯示焊縫表面無(wú)孔洞、裂紋等缺陷。
[0056] 4.3)X光檢測(cè)如圖4所示，X光檢測(cè)顯示焊縫無(wú)夾雜、氣孔、未融合等缺陷。
[0057] 5富氧層檢測(cè)如圖5所示，無(wú)富氧層。
[0058]從以上實(shí)施實(shí)例可以看出，采用本發(fā)明制備的Ti-6A1-4V合金焊絲符合AMS4954J 中關(guān)于焊絲可焊性相關(guān)要求。生產(chǎn)均采用常規(guī)工藝，工藝簡(jiǎn)單，成材率高，因而成本較低。該 焊絲應(yīng)用前景比較廣闊，有望取得可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的Ti-6A1-4V合金焊絲的制備方法，其特征在于，包含下列 步驟： S1合金焊絲原料混合壓制成電極，恪煉制成合金鑄錠； S2鑄錠均勻化退火處理； S3將步驟S2產(chǎn)物加熱到1050°C~1150°C開(kāi)坯鍛造，終鍛溫度彡830°C ; S4將步驟S3產(chǎn)物進(jìn)行乳制，并使用超聲波探傷； S5將步驟S4產(chǎn)物進(jìn)行一次大變形兩次乳制，加熱并保溫，終乳溫度多800°C，進(jìn)行超聲 波探傷處理； S6將步驟S5產(chǎn)物熱拉拔規(guī)圓并做表面處理； S7將步驟S6產(chǎn)物進(jìn)行控溫?zé)崂危? S8將步驟S7產(chǎn)物進(jìn)行冷拉拔后進(jìn)行退火； S9將步驟S8產(chǎn)物進(jìn)行滑塊矯直，矯直切斷，去應(yīng)力退火、磨光即得成品。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的Ti-6A1-4V合金焊絲的制備方法， 其特征在于，所述步驟S1中的所述鈦合金絲材原料為:海綿鈦、鋁釩合金、鋁豆、鐵粉以及二 氧化鈦。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的Ti-6A1-4V合金焊絲的制備方法， 其特征在于，所述步驟S5的加熱溫度為895°C~955°C，保溫時(shí)間為60~90min。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的Ti-6A1-4V合金焊絲的制備方法， 其特征在于，所述步驟S7中所述控溫?zé)崂蔚臈l件為溫度控制在700~800°C，拉拔道次為 10-17次，道次變形量7-20 %拉拔速度lm/min-6m/min; 當(dāng)總變形量在55 %-75 %時(shí)增加一次中間退火處理，720~750°C/60min大氣退火，空 冷。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的Ti-6A1-4V合金焊絲的制備方法， 其特征在于，所述步驟S8中冷拉拔條件為:拉拔道次為4-6次，道次變形量10-20 %，拉拔速 度2m/min-10m/min〇6. 適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的Ti-6A1-4V合金焊絲，其特征在于，所述合金焊絲由權(quán) 利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的制備方法制成，其質(zhì)量百分比成分為：A1:5.50%~ 6.75% ;V:3.50% ~4.50% ;0:彡0.18% ;Fe彡0.25% ;余量為T(mén)i。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的Ti-6A1-4V合金焊絲，其特征在 于，所述鈦合金絲含有下列質(zhì)量百分比成分中的一種或多種:C:0.011~0.014 10~ 0·13;N:0·0068~0·080;Η:0·0006~0·0008。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的Ti-6A1-4V合金焊絲，其特征 在于，所述鈦合金絲的直徑為l_5mm。9. 一種焊絲，其中含有權(quán)利要求6或7所述的適用于鈦合金鑄件補(bǔ)焊用的Ti-6A1-4V合 金焊絲。
【文檔編號(hào)】C22F1/18GK106041369SQ201610374023
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】鐘功誠(chéng), 白樹(shù)玉, 陶曉杰, 徐春寶, 姜輝軍
【申請(qǐng)人】大連盛輝鈦業(yè)有限公司