CN101407873A - 一种高塑中强钛合金 - Google Patents

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陈�峰
王永强
吴迪
黄永光
张永强
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Abstract

本发明涉及一种高塑中强钛合金，可用于制造高尔夫球头上、下盖板，也可应用于化工、电力、机械和宇航等其他领域。其特征在于组份的重量百分比为：铝为2～4、钼为0.5～2、钒为0.5～2、镐为0.5～2、余量为Ti和不可避免的杂质。采用了常规的合金化熔炼工艺，原料均匀混制后制备成电极，经真空自耗电弧熔炼成锻造用的铸锭，在水压机或空气锤上锻造成板坯，板坯在轧机上轧制成板材。与现有技术相比，由于合金铝强度当量和钼强度当量的增加，有效提高了合金的强度；同时由于钼和钒这两种同晶型β稳定元素的加入，不仅改善了合金的加工性能；还细化了晶粒，提高了材料的弯曲、折弯、冲压等工艺性能。

Description

一种高塑中强钛合金
技术领域
本发明涉及一种高塑中强钛合金，可用于制造高尔夫球头上、下盖板，也可应用于化工、电力、机械和宇航等其他领域。
背景技术
钛及其合金具有重量轻、强度大、耐热性强、耐腐蚀等许多优点，被誉为“崛起的第三金属”，是一种重要的战略金属材料，对国民经济的发展、建设具有重要作用。近些年，钛在制造体育用品方面获得了越来越广泛的应用。比如，在高尔夫球头的制造中就大量使用了钛合金。冲压成形+焊接是高尔夫球头的一种生产方法，打击面一般用高强度钛合金，如：Ti-1023、Ti-153、SP700等。上盖板和下盖板一般用中等强度的钛合金板，如：TC1、JIT-3B、TA3、Ti-3Al-2.5V、Ti-4Zr等。在制作上、下盖板的钛合金中，Ti-4Zr钛合金的用量很大，但在使用过程中发现Ti-4Zr钛合金的强度、硬度偏低，使用效果不太理想。在日益激烈的市场竞争中，用户希望能够开发一种冷成型能力与Ti-4Zr相当，强度比Ti-4Zr稍高、价格较低的钛合金来制造上盖板。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高塑中强钛合金，采用铝、钼和钒元素代替Ti-4Zr合金中的部分锆，是一种塑性与Ti-4Zr钛合金相当、强度稍高的钛合金。
技术方案
高塑中强钛合金，其特征在于组份的重量百分比为：铝为2～4、钼为0.5～2、钒为0.5～2、镐为0.5～2、余量为Ti和不可避免的杂质。
一种制备上述高塑中强钛合金的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：按上述重量百分比配料、混料、压制成自耗电极；
步骤2：在真空自耗电电弧炉中一次熔炼，坩埚规格为Φ110mm，熔炼电压27～32V，电流2500～3200A；
步骤3：在真空自耗电电弧炉中二次熔炼得到铸锭，坩埚规格为Φ150mm，熔炼电压29～31V，电流4000～5000A。
根据上述的制备方法得到的铸锭可以加工制备成板材的步骤在于：
步骤1：将步骤3得到的铸锭加热至1100～1200℃，然后锻成厚度70～80mm的板坯；
步骤2：清理板坯表面缺陷后加热至850℃～920℃轧制成厚度4.0～5.0mm的板坯；
步骤3：再加热至850℃～900轧制成厚度2.5～3.0mm的板坯；
步骤4：板坯经750℃退火、修磨，在1200冷轧机上轧制到1.5～1.8mm；
步骤5：经750℃/30′退火后冷轧到1.0～1.2mm，经脱油、退火碱酸洗得到成品板材。
有益效果
本发明的高塑中强钛合金，与Ti-4Zr相比，本发明在降低锆含量的基础上加入了铝、钼和钒元素。由于合金铝强度当量和钼强度当量的增加，有效提高了合金的强度；同时由于钼和钒这两种同晶型β稳定元素的加入，不仅改善了合金的加工性能；还细化了晶粒，提高了材料的弯曲、折弯、冲压等工艺性能。
本发明提供的钛合金采用了常规的合金化熔炼工艺、加工工艺，有利于工业化生产。其中各组元主要采用中间合金的形式配入，经原料均匀混制，制备成电极，经真空自耗电弧熔炼成锻造用的铸锭，在水压机或空气锤上锻造成板坯，板坯在轧机上轧制成板材，板材经热处理后进行性能测试。
经不同温度退火后检测其力学性能，Rm＝700～795MPa，Rp0.2＝675～780MPa，5≥27～38％，70°。本发明钛合金的性能和Ti-4Zr钛合金的性能数据详见表1。从表1数据可见，经700℃左右退火后，其力学性能可满足Rm≥700MPa，Rp0.2≥675MPa，5≥25％和70°的要求，强度明显高于Ti-4Zr钛合金，比较适合用来制造高尔夫球头。
表1本发明合金和Ti-4Zr钛合金的性能
Figure A20081023236400051
附图说明
图1：退火态显微组织(x500)
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1：
按下述配方：Al：2.7％，Mo：0.85％，V：0.76％，Zr：0.8％，余量为Ti和不可避免的杂质，采用一级海绵钛，Al-V、Al-Mo和纯Zr，按上述重量百分比配料、混料、压制成自耗电极，在真空自耗电电弧炉中进行两次熔炼，其中一次坩埚规格为Φ110mm，熔炼电压27～32V，电流2500～3200A；二次熔炼坩埚规格为Φ150mm，熔炼电压29～31V，电流4000～5000A。铸锭经1100～1200℃加热，锻成厚度80mm的板坯，清理板坯表面缺陷。加热至900℃左右轧制成厚度4.5mm的板坯，再加热至850℃左右轧制成厚度2.8mm的板坯。板坯经750℃退火、修磨，在1200冷轧机上轧制到1.8mm，经750℃/30′退火后，最终冷轧到1.18mm，经脱油、退火碱酸洗等工序得到成品板材。成品板材的力学性能见表2。
表2实施例1的性能
  状态   b，MPa   0.2，MPa   5，％   .°
660℃/30′   845860   750785   1919   5657
690℃/30′   815820   755790   3221   6476
720℃/30′   790780   760725   2428   7391
740℃/30′   755760   725700   2829   8892
770℃/30′   735735   705710   2828   113105
800℃/30′   725715   690685   2830   103105
实施例2：
按下述配方：Al：4.0％，Mo：0.6％，V：0.9％，Zr：0.7％，余量为Ti和不可避免的杂质，采用一级海绵钛，Al-V、Al-Mo和纯Zr，按上述重量百分比配料、混料、压制成自耗电极，在真空自耗电电弧炉中进行两次熔炼，其中一次坩埚规格为Φ110mm，熔炼电压27～35V，电流2500～3300A；二次熔炼坩埚规格为Φ150mm，熔炼电压29～33V，电流4000～5300A。铸锭经1100～1200℃加热，锻成厚度70mm的板坯，清理板坯表面缺陷。加热至1000℃左右轧制成厚度4.5mm的板坯，再加热至940℃左右轧制成厚度2.8mm的板坯。板坯经820℃退火、修磨，在1200冷轧机上轧制到1.8mm，经820℃/30′退火后，最终冷轧到1.18mm，经脱油、退火碱酸洗等工序得到成品板材。成品板材的力学性能见表3。
表3实施例2的性能
  状态   b，MPa   0.2，MPa   5，％   .°
  740℃/30′   788   763   30   92
  770℃/30′   783   755   31   82
  800℃/30′   788   758   29   89
  830℃/30′   808   768   29   96
  860℃/30′   860   810   22   91
实验表明：从实施例1和实施例2的合金综合性能可以看出，本发明的中强高塑可焊钛合金的综合性能优于Ti-4Zr钛合金，能够满足高尔夫球头盖板制作及其他民用行业的用材需要。

Claims (3)

1.一种高塑中强钛合金，其特征在于组份的重量百分比为：铝为2～4、钼为0.5～2、钒为0.5～2、镐为0.5～2、余量为Ti和不可避免的杂质。
2.一种制备权利要求1所述的高塑中强钛合金的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：按上述重量百分比配料、混料、压制成自耗电极；
步骤2：在真空自耗电电弧炉中一次熔炼，坩埚规格为Ф110mm，熔炼电压27～32V，电流2500～3200A；
步骤3：在真空自耗电电弧炉中二次熔炼得到铸锭，坩埚规格为Ф150mm，熔炼电压29～31V，电流4000～5000A。
3.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于将铸锭制备成板材的步骤在于：
步骤1：将步骤3得到的铸锭加热至1100～1200℃，然后锻成厚度70～80mm的板坯；
步骤2：清理板坯表面缺陷后加热至850℃～920℃轧制成厚度4.0～5.0mm的板坯；
步骤3：再加热至850℃～900轧制成厚度2.5～3.0mm的板坯；
步骤4：板坯经750℃退火、修磨，在1200冷轧机上轧制到1.5～1.8mm；
步骤5：经750℃/30′退火后冷轧到1.0～1.2mm，经脱油、退火碱酸洗得到成品板材。
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