專利名稱：一種用于超低溫條件下的鈦合金的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈦合金的制備工藝，特別涉及一種用于超低溫條件下的鈦合金的制備工藝。
背景技術(shù)：
目前，鈦合金因其高的比強(qiáng)度、優(yōu)異的耐腐蝕性、良好的低溫性能迅速發(fā)展成為具有強(qiáng)大生命力的新型關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料，被廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事工業(yè)以及民用等領(lǐng)域。由于鈦合金的密度比不銹鋼小得多，并且在低溫下熱傳導(dǎo)率低、膨脹系數(shù)小、無(wú)磁性，所以在航空航天行業(yè)、超導(dǎo)行業(yè)、船舶航海行業(yè)和深海探測(cè)等領(lǐng)域作為一種重要的低溫工程材料來(lái)使用。低溫下使用的結(jié)構(gòu)件要求在保持一定強(qiáng)度的同時(shí)，還要求有良好的塑性、低的熱導(dǎo)率和優(yōu)良的加工性能。隨著空間技術(shù)和超導(dǎo)技術(shù)的迅速發(fā)展、南極、北極科考工作等的蓬勃開展，鈦合金在低溫和極低溫環(huán)境的應(yīng)用增多，比較先進(jìn)的低溫鈦合金材料的制備工藝顯得尤為重要，但是，目前所普遍采用的制備工藝所生產(chǎn)出的鈦合金只能在_196°C以上的溫度條件下勝任工作，再低于_196°C的溫度就不能滿足要求了，因此，急需開發(fā)出一種用于超低溫度條件下的鈦合金的制備工藝，以生產(chǎn)出滿足相關(guān)行業(yè)要求的超低溫條件下的鈦I=1-Wl O發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的鈦合金制備工藝生產(chǎn)出的鈦合金無(wú)法滿足超低溫度要求的問(wèn)題而提供的一種用于超低溫條件下的鈦合金的制備工藝。
本發(fā)明所述的一種用于超低溫條件下的鈦合金的制備工藝如下所述
第一步、混合制備工藝中所用的鈦合金是由T1、Al、V、Fe、O、H和Zr組成，其中各組分的重量百分為 Ti 89. 458%, Al 6. 2%, V 4. 1%, Fe O. 1%, O O. 06%, H O. 002%, Zr O. 08%，按前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 O. 83-25. 4mm, Al、V 和 Zr 的粒度為 O. 2-2. 5mm ；
第二步、電極制作把第一步中混合好的合金放入到2500噸立式油壓機(jī)模具內(nèi)進(jìn)行擠壓電極，每節(jié)電極的重量為45Kg ；
第三步、真空爐內(nèi)進(jìn)行熔煉把第二步中制作好的電極放入到真空爐中進(jìn)行熔煉， 在真空爐中要進(jìn)行Φ300* 、Φ380* 和Φ480* 三次熔煉，具體熔煉過(guò)程如下所述
一次熔煉使用氬弧焊機(jī)把第二步中制作好的八節(jié)電極進(jìn)行焊接在一起后，
放入烘干室進(jìn)行烘干，烘干溫度 為150-200°C，烘干時(shí)間為2h，電極烘干后放入到真空爐內(nèi)，真空爐內(nèi)的真空值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后開始熔煉，熔煉時(shí)真空爐內(nèi)的電流為 6200A-6500A，熔煉溫度為1750_1850°C，熔煉時(shí)間為2_2. 5h，熔煉爐內(nèi)為銅坩堝結(jié)晶器，銅坩堝結(jié)晶器外設(shè)有循環(huán)水套，循環(huán)水套內(nèi)充入循環(huán)水進(jìn)行冷卻，熔煉完成后，往真空爐內(nèi)充氬氣進(jìn)行合金錠表面的保護(hù)，爐內(nèi)溫度降到200-300°C時(shí)所熔煉的鈦合金錠出爐，出爐后的鈦合金錠表面進(jìn)行打磨處理；
二次熔煉使用氬弧焊機(jī)把一次熔煉后打磨好的兩個(gè)鈦合金錠進(jìn)行焊接在一起后，放入到真空爐內(nèi)，真空爐內(nèi)的真空值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后開始熔煉，熔煉時(shí)真空爐內(nèi)的電流為 8500A-9000A，熔煉溫度為1850_1950°C，熔煉時(shí)間為4. 5_5h，熔煉爐內(nèi)為銅坩堝結(jié)晶器，銅坩堝結(jié)晶器外設(shè)有循環(huán)水套，循環(huán)水套內(nèi)充入循環(huán)水進(jìn)行冷卻，熔煉完成后，往真空爐內(nèi)充氬氣進(jìn)行合金錠表面的保護(hù)，爐內(nèi)溫度降到200-300°C時(shí)所熔煉的鈦合金錠出爐，出爐后的鈦合金錠表面進(jìn)行打磨處理；
三次熔煉使用氬弧焊機(jī)把二次熔煉后打磨好的兩個(gè)鈦合金錠進(jìn)行焊接在一起后，放入到真空爐內(nèi)，真空爐內(nèi)的真空值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后開始熔煉，熔煉時(shí)真空爐內(nèi)的電流為 10500-11000A，熔煉溫度為2000-2050°C，熔煉時(shí)間為5. 5h，熔煉爐內(nèi)為銅坩堝結(jié)晶器，銅坩堝結(jié)晶器外設(shè)有循環(huán)水套，循環(huán)水套內(nèi)充入循環(huán)水進(jìn)行冷卻，電流每三分鐘降低300A進(jìn)行補(bǔ)縮排氣處理lh，以減少氣孔，熔煉完成后，往真空爐內(nèi)充氬氣進(jìn)行合金錠表面保護(hù)，爐內(nèi)溫度降到200°C時(shí)所熔煉的鈦合金錠出爐，出爐后的鈦合金錠表面進(jìn)行扒皮打磨處理，并且取樣進(jìn)行化學(xué)分析，經(jīng)過(guò)化學(xué)檢測(cè)把達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的鈦合金錠再進(jìn)行探傷處理；
第四步、開坯把第三步中經(jīng)過(guò)真空爐熔煉后的經(jīng)過(guò)檢測(cè)合格并被處理好的鈦合金錠裝入電爐或天然氣加熱爐內(nèi)加熱到1150-1180°C，加熱時(shí)間為6h，然后用五噸電液錘八方倒角開坯到175mm*175mm*L八方坯，按照工藝規(guī)定要求鋸床下料打磨修理；
第五步、將鋸床下料、修磨好的合金坯料裝入電爐內(nèi)，在相變點(diǎn)以上1020°C加熱 2h,加熱過(guò)程中每三十分鐘把合金坯料進(jìn)行翻轉(zhuǎn)使合金坯料受熱均勻，然后進(jìn)行三軸向鐓拔滾圓，打磨修理；
第六步 、將打磨好的坯料裝爐，在相變點(diǎn)以下950°C加熱2h，加熱過(guò)程中每三十分鐘把合金錠進(jìn)行翻轉(zhuǎn)使合金錠受熱均勻，然后進(jìn)行三軸向鐓拔滾圓，冷卻后進(jìn)行打磨處理， 該合金錠為α+β兩相合金，相變點(diǎn)轉(zhuǎn)變溫度為985°C ；
第七步、將修完打磨的鈦合金坯料裝入電爐中在925°C的溫度下加熱2h，每三十分鐘把合金錠進(jìn)行翻轉(zhuǎn)使合金錠受熱均勻，坯料出爐后進(jìn)行一鐓一拔鍛出0100mm*L和 075mm*L的兩種規(guī)格棒材，冷卻后在730-780°C的溫度條件下1. 5h進(jìn)行消除應(yīng)力退火處理，然后把合金錠從爐內(nèi)取出進(jìn)行自然冷卻，在爐溫降到530°C時(shí)，把合金錠放入到爐內(nèi)4h 進(jìn)行時(shí)效處理后隨爐進(jìn)行自然冷卻。
本發(fā)明的有益效果
按照本發(fā)明所述制備工藝所制得的鈦合金材料，雜質(zhì)含量低，具有超高純潔度，采用“三三一”鍛造工藝使生產(chǎn)出的鈦合金材料組織均勻性好，晶粒得到細(xì)化，極大地提高了塑性，能夠勝任_253°C條件下工作，比現(xiàn)有的相關(guān)鈦合金材料降低了 57°C的使用條件，具有了更廣闊的適用領(lǐng)域。


圖1為T1- Al- V相位圖。
圖2為本發(fā)明工藝制取的鍛棒金相組織圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明所述的一種用于超低溫條件下的鈦合金的制備工藝如下所述
第一步、混合取Ti 1288.2Kg、Al 89. 28 Kg、V59.04 Kg,Fe1. 44 Kg,O 0. 86Kg、 H 0. 028 Kg、Zr1. 152 Kg，放入布料機(jī)內(nèi)進(jìn)行充分地混合，Ti顆粒的粒度為O. 83-25. 4mm, Al、V 和 Zr 的粒度為 O. 2-2. 5mm ；
第二步、電極制作把第一步中混合好的合金放入到2500噸立式油壓機(jī)模具內(nèi)進(jìn)行擠壓電極，每節(jié)電極的重量為45Kg，共制取32節(jié)電極；
第三步、真空爐內(nèi)進(jìn)行熔煉把第二步中制作好的電極放入到真空爐中進(jìn)行熔煉， 在真空爐中要進(jìn)行Φ300* 、Φ380* 和Φ480* 三次熔煉，具體熔煉過(guò)程如下所述
一次熔煉使用氬弧焊機(jī)把第二步中制作好的八節(jié)電極進(jìn)行焊接在一起后，
放入烘干室進(jìn)行烘干，烘干溫度為150-200°C，烘干時(shí)間為2h，電極烘干后放入到真空爐內(nèi)，真空爐內(nèi)的真空值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后開始熔煉，熔煉時(shí)真空爐內(nèi)的電流為 6200A-6500A，熔煉溫度為1750_1850°C，熔煉時(shí)間為2_2. 5h，熔煉爐內(nèi)為銅坩堝結(jié)晶器，銅坩堝結(jié)晶器外設(shè)有循環(huán)水套，循環(huán)水套內(nèi)充入循環(huán)水進(jìn)行冷卻，熔煉完成后，往真空爐內(nèi)充氬氣進(jìn)行合金錠表面的保護(hù)，爐內(nèi)溫度降到200-300°C時(shí)所熔煉的鈦合金錠出爐，出爐后的鈦合金錠表面進(jìn)行打磨處理；
二次熔煉使用氬弧焊機(jī)把一次熔煉后打磨好的兩個(gè)鈦合金錠進(jìn)行焊接在一起后，放入到真空爐內(nèi)，真空爐內(nèi)的真空值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后開始熔煉，熔煉時(shí)真空爐內(nèi)的電流為 8500A-9000A，熔煉溫度為1850_1950°C，熔煉時(shí)間為4. 5_5h，熔煉爐內(nèi)為銅坩堝結(jié)晶器，銅坩堝結(jié)晶器外設(shè)有循環(huán)水套，循環(huán)水套內(nèi)充入循環(huán)水進(jìn)行冷卻，熔煉完成后，往真空爐內(nèi)充氬氣進(jìn)行合金錠表面的保護(hù)，爐內(nèi)溫度降到200-300°C時(shí)所熔煉的鈦合金錠出爐，出爐后的鈦合金錠表面進(jìn)行打磨處理；
三次熔煉使用氬弧焊機(jī)把二次熔煉后打磨好的兩個(gè)鈦合金錠進(jìn)行焊接在一起后，放入到真空爐內(nèi)，真空爐內(nèi)的真空值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后開始熔煉，熔煉時(shí)真空爐內(nèi)的電流為 10500-11000A，熔煉溫度為2000-2050°C，熔煉時(shí)間為5. 5h，熔煉爐內(nèi)為銅坩堝結(jié)晶器，銅坩堝結(jié)晶器外設(shè)有循環(huán)水套，循環(huán)水套內(nèi)充入循環(huán)水進(jìn)行冷卻，電流每三分鐘降低300A進(jìn)行補(bǔ)縮排氣處理lh，以減少氣孔，熔煉完成后，往真空爐內(nèi)充氬氣進(jìn)行合金錠表面保護(hù)，爐內(nèi)溫度降到200°C時(shí)所熔煉的鈦合金錠出爐，出爐后的鈦合金錠表面進(jìn)行扒皮打磨處理，并且取樣進(jìn)行化學(xué)分析，經(jīng)過(guò)化學(xué)檢測(cè)把達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的鈦合金錠再進(jìn)行探傷處理；
第四步、開坯把第三步中經(jīng)過(guò)真空爐熔煉后的經(jīng)過(guò)檢測(cè)合格并被處理好的鈦合金錠裝入電爐或天然氣加熱爐內(nèi)加熱到1150-1180°C，加熱時(shí)間為6h，然后用五噸電液錘八方倒角開坯到175mm*175mm*L八方坯，按照工藝規(guī)定要求鋸床下料打磨修理；
第五步、將鋸床下料、修磨好的合金坯料裝入電爐內(nèi)，在相變點(diǎn)以上1020°C加熱 2h,加熱過(guò)程中每三十分鐘把合金坯料進(jìn)行翻轉(zhuǎn)使合金坯料受熱均勻，然后進(jìn)行三軸向鐓拔滾圓，打磨修理；
第六步、將打磨好的坯料裝爐，在相變點(diǎn)以下950°C加熱2h，加熱過(guò)程中每三十分鐘把合金錠進(jìn)行翻轉(zhuǎn)使合金錠受熱均勻，然后進(jìn)行三軸向鐓 拔滾圓，冷卻后進(jìn)行打磨處理， 該合金錠為α+β兩相合金，相變點(diǎn)轉(zhuǎn)變溫度為985°C ；
第七步、將修完打磨的鈦合金坯料裝入電爐中在925°C的溫度下加熱2h，每三十分鐘把合金錠進(jìn)行翻轉(zhuǎn)使合金錠受熱均勻，坯料出爐后進(jìn)行一鐓一拔鍛出0100mm*L和 075mm*L的兩種規(guī)格棒材，冷卻后在730-780°C的溫度條件下1. 5h進(jìn)行消除應(yīng)力退火處理，然后把合金錠從爐內(nèi)取出進(jìn)行自然冷卻，在爐溫降到530°C時(shí)，把合金錠放入到爐內(nèi)4h 進(jìn)行時(shí)效處理后隨爐進(jìn)行自然冷卻。
經(jīng)過(guò)上述工藝制備的鈦合金的鍛棒規(guī)格為Φ 75mm、C1IOOmm兩種規(guī)格棒材,按圖1 中選用的控制點(diǎn)，在五噸鍛錘上進(jìn)行變形試驗(yàn)，試驗(yàn)工藝特點(diǎn)見表I。
表I鍛棒工藝特點(diǎn)
權(quán)利要求
1.一種用于超低溫條件下的鈦合金，其制備工藝如下所述第一步、混合制備工藝中所用的鈦合金是由T1、Al、V、Fe、O、H和Zr組成，其中各組分的重量百分為 Ti 89. 458%、Al 6.2%、V 4. 1%, Fe O. 1%、0 O. 06%、H O. 002%、Zr O. 08%，按前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O. 83-25. 4mm, Al、V和Zr的粒度為O. 2-2. 5mm ；第二步、電極制作把第一步中混合好的合金放入到2500噸立式油壓機(jī)模具內(nèi)進(jìn)行擠壓電極，每節(jié)電極的重量為45Kg ；第三步、真空爐內(nèi)進(jìn)行熔煉把第二步中制作好的電極放入到真空爐中進(jìn)行熔煉，在真空爐中要進(jìn)行Φ300* 、Φ380* 和Φ480* 三次熔煉，具體熔煉過(guò)程如下所述一次熔煉使用氬弧焊機(jī)把第二步中制作好的八節(jié)電極進(jìn)行焊接在一起后，放入烘干室進(jìn)行烘干，烘干溫度為150-200°C，烘干時(shí)間為2h，電極烘干后放入到真空爐內(nèi)，真空爐內(nèi)的真空值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后開始熔煉，熔煉時(shí)真空爐內(nèi)的電流為6200A-6500A，熔煉溫度為1750-1850°C，熔煉時(shí)間為2-2. 5h，熔煉爐內(nèi)為銅坩堝結(jié)晶器，銅坩堝結(jié)晶器外設(shè)有循環(huán)水套，循環(huán)水套內(nèi)充入循環(huán)水進(jìn)行冷卻，熔煉完成后，往真空爐內(nèi)充氬氣進(jìn)行合金錠表面的保護(hù)，爐內(nèi)溫度降到200-300°C時(shí)所熔煉的鈦合金錠出爐，出爐后的鈦合金錠表面進(jìn)行打磨處理；二次熔煉使用IS弧焊機(jī)把一次熔煉后打磨好的兩個(gè)鈦合金錠進(jìn)行焊接在一起后，放入到真空爐內(nèi)，真空爐內(nèi)的真空值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后開始熔煉，熔煉時(shí)真空爐內(nèi)的電流為 8500A-9000A，熔煉溫度為1850_1950°C，熔煉時(shí)間為4. 5_5h，熔煉爐內(nèi)為銅坩堝結(jié)晶器，銅坩堝結(jié)晶器外設(shè)有循環(huán)水套，循環(huán)水套內(nèi)充入循環(huán)水進(jìn)行冷卻，熔煉完成后，往真空爐內(nèi)充氬氣進(jìn)行合金錠表面的保護(hù)，爐內(nèi)溫度降到200-300°C時(shí)所熔煉的鈦合金錠出爐，出爐后的鈦合金錠表面進(jìn)行打磨處理；三次熔煉使用IS弧焊機(jī)把二次熔煉后打磨好的兩個(gè)鈦合金錠進(jìn)行焊接在一起后，放入到真空爐內(nèi)，真空爐內(nèi)的真空值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后開始熔煉，熔煉時(shí)真空爐內(nèi)的電流為 10500-11000A，熔煉溫度為2000-2050°C，熔煉時(shí)間為5. 5h，熔煉爐內(nèi)為銅坩堝結(jié)晶器，銅坩堝結(jié)晶器外設(shè)有循環(huán)水套，循環(huán)水套內(nèi)充入循環(huán)水進(jìn)行冷卻，電流每三分鐘降低300A進(jìn)行補(bǔ)縮排氣處理lh，以減少氣孔，熔煉完成后，往真空爐內(nèi)充氬氣進(jìn)行合金錠表面保護(hù)，爐內(nèi)溫度降到200°C時(shí)所熔煉的鈦合金錠出爐，出爐后的鈦合金錠表面進(jìn)行扒皮打磨處理，并且取樣進(jìn)行化學(xué)分析，經(jīng)過(guò)化學(xué)檢測(cè)把達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的鈦合金錠再進(jìn)行探傷處理；第四步、開坯把第三步中經(jīng)過(guò)真空爐熔煉后的經(jīng)過(guò)檢測(cè)合格并被處理好的鈦合金錠裝入電爐或天然氣加熱爐內(nèi)加熱到1150-1180°C，加熱時(shí)間為6h，然后用五噸電液錘八方倒角開還到175mm*175mm*L八方還,按照工藝規(guī)定要求鋸床下料打磨修理；第五步、將鋸床下料、修磨好的合金坯料裝入電爐內(nèi)，在相變點(diǎn)以上1020°C加熱2h，加熱過(guò)程中每三十分鐘把合金坯料進(jìn)行翻轉(zhuǎn)使合金坯料受熱均勻，然后進(jìn)行三軸向鐓拔滾圓，打磨修理；第六步、將打磨好的坯料裝爐，在相變點(diǎn)以下950°C加熱2h，加熱過(guò)程中每三十分鐘把合金錠進(jìn)行翻轉(zhuǎn)使合金錠受熱均勻，然后進(jìn)行三軸向鐓拔滾圓，冷卻后進(jìn)行打磨處理，該合金錠為α+β兩相合金，相變點(diǎn)轉(zhuǎn)變溫度為985°C ；第七步、將修完打磨的鈦合金坯料裝入電爐中在925°C的溫度下加熱2h，每三十分鐘把合金錠進(jìn)行翻轉(zhuǎn)使合金錠受熱均勻，還料出爐后進(jìn)行一繳一拔鍛出0100mm*L和 0 75mm*L的兩種規(guī)格棒材，冷卻后在730-780°C的溫度條件下1. 5h進(jìn)行消除應(yīng)力退火處理 ，然后把合金錠從爐內(nèi)取出進(jìn)行自然冷卻，在爐溫降到530°C時(shí)，把合金錠放入到爐內(nèi)4h進(jìn)行時(shí)效處理后隨爐進(jìn)行自然冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于超低溫條件下的鈦合金的制備工藝，具體工藝如下所述第一步、混合；第二步、電極制作；第三步、真空爐內(nèi)進(jìn)行熔煉；第四步、開坯；第五步、將鋸床下料、修磨好的鍛坯料裝入電爐內(nèi)，加熱1030℃三軸向鐓拔滾圓，打磨修理；第六步、將打磨好的坯料裝爐，進(jìn)行中間修理；第七步、將修完打磨的鈦合金坯料裝入電爐，坯料出爐后進(jìn)行一鐓一拔出Φ100mm*L和Φ75mm*L的兩種規(guī)格棒材，有益效果按照本發(fā)明所述制備工藝所制得的鈦合金材料，雜質(zhì)含量低，具有超高純潔度，能夠勝任-253℃條件下工作，比現(xiàn)有的相關(guān)鈦合金材料降低了57℃的使用條件，具有了更廣闊的適用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C22C14/00GK103031451SQ201310000408
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2013年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月3日
發(fā)明者陳國(guó)財(cái), 楊文甲, 單學(xué)鋒, 陳蘇, 晁雷, 張寶利 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)市亨運(yùn)達(dá)鈦業(yè)開發(fā)有限公司