CN101633990A - 一种Al-Mo-W-Ti四元合金 - Google Patents
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Abstract
一种Al－Mo－W－Ti四元合金，其成分质量百分比为：W 10～15％、Mo 20～30％、Al 45～60％、Ti 5％－15％，余量是不可避免的杂质。本发明Al－Mo－W－Ti四元合金，可以解决TC25中高熔点合金W和Mo的夹杂和成分偏析，有效避免TC25钛合金中由于金属夹杂引起的零件失效问题。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金生产的原材料，尤其是指专用于生产TC25钛合金的合金原材料的一种Al-Mo-W-Ti四元合金。
背景技术
钛合金是一种新型的金属材料，含85％～90％以上钛，其余为铝Al、钼Mo、钒V、硅Si、锆Zr、铁Fe、锡Sn等合金元素，它具有比重轻(约4.5g/cm2，钢铁为7.8g/cm2)、耐腐蚀、使用温度高(目前最高可达到700℃多)、强度高、塑性好等许多优点，广泛地应用于航空、航天、海洋、建筑、汽车、高尔夫球头等重要部件、高档民用产品。
钛合金的基本生产工艺流程如下：(1)钛电极制备：将合金原材料(铝Al、钼Mo、钒V、硅Si、锆Zr、铁Fe、锡Sn、钨W等单元或双元合金)，以一定的形式、一定的比例与海绵钛(合金原材料)混合均匀(保证钛电极的成分均匀)后，按一定的方法压制成所需的钛电极形状。(2)熔炼：钛合金一般采用真空自耗熔炼(国外先进国家也有采用电子束或等离子冷床熔炼方法)，若干次真空自耗成φ580或以上的成品锭。(3)成材：成品锭自由锻造(先在锻压机上进行锻造成大规格棒材或方坯，供下一步的锻造或轧制。)后，采用轧制(将大规格棒材进一步轧制成小规格的棒材，一般指φ100mm以下的成品棒材)或模锻(将棒材或方坯锻成模锻件)的压力加工方法，生产出钛合金的成品。
TC25钛合金是仿俄罗斯的BT25钛合金，名义成分为Ti-6Al-2Mo-2Zr-1Sn-1W。其化学成分的国家标准(GB2965)见表1：
表1TC25钛合金的化学成分
Ti-Al-Mo-Zr-Sn-W系的TC25属于马氏体型的α+β两相钛合金，作为合金元素选用了W、Mo，它们都提高了钛合金的热强性和耐热性，因而也提高了合金的工作寿命。和一般的钛合金相比，TC25具有较高的使用温度和高温强度，可以应用在550℃的使用环境。
目前，TC25钛合金(TC25钛合金的合金原材料是海绵钛、Al-Mo合金或金属Mo、Al-W或金属W、Ti-Sn、Al丝和海绵锆)生产过程中，W、Mo元素的加入方法一般采用Al-Mo合金或金属Mo、Al-W或金属W(起强化高温性能作用的W、Mo元素是TC25钛合金中不可缺少的合金元素。)，由于它们的熔点太高(该2个合金元素的熔点很高，均在2500℃以上)，炼钢时熔池的温度不能将其充分熔化(熔池的温度一般在1500℃～2000℃)，容易产生W、Mo元素的高熔点金属夹杂(这在技术标准中是绝对不允许存在的)，最终以高密度夹杂的形式残留在产品中，造成产品的报废，影响产品的质量稳定。
因此，解决W、Mo元素的充分熔化(TC25中高熔点W、Mo的偏析)，是保证产品质量的首要问题，对稳定和优化TC25钛合金产品非常重要。
发明内容
本发明的目的开发一种Al-Mo-W-Ti四元合金，可以解决TC25中高熔点合金W和Mo的夹杂和成分偏析，有效避免TC25钛合金中由于金属夹杂引起的零件失效问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，
一种Al-Mo-W-Ti四元合金，其成分质量百分比为：W 10～15％、Mo20～30％、Al 45～60％、Ti 5％-15％，余量为不可避免的杂质如C、Fe等。
优选地，其Al-Mo-W-Ti四元合金成分质量百分比：W 12～14％，Mo24～28％，Al 48～58％，Ti 6～10％。
用于TC25钛合金生产的Al-Mo-W-Ti四元合金，该四元合金作为合金原材料，代替原来的“50％Al-50％Mo合金(或金属Mo)、50％Al-50％W(或金属W)”双元(或单元)合金，用于钛电极制备；
本发明四元合金是根据TC25钛合金成分含有W(含量约1％)、Mo元素(含量约2％)的特点，并结合Al(含量约6.0％)的特点，改变原来以高熔点(纯金属W、Mo或二元合金)的原材料形式；该四元合金的优点是熔点低(＜1500℃，低于炼钢时的熔池温度)；避免高熔点元素W、Mo偏析；稳定和优化TC25钛合金产品质量。
本发明控制高熔点W、Mo的含量，增加Al、Ti，从而降低四元合金的熔点。
该四元合金是冶炼TC25钛合金钢锭的原材料，因此根据TC25中W∶Mo＝1∶2的比例关系，将四元合金中高熔点W、Mo以1∶2的关系配好，不用另加W、Mo就可以满足TC25钛合金中这两个元素的化学成分要求。
由于TC25钛合金中有Al、Ti，这两个元素的熔点很低，将它们加入后大大降低了四元合金的熔点，同时Al的加入使得四元合金的破碎容易(四元合金真空冶炼后要破碎到1～8mm，才能作为TC25钛合金的原材料)。四元合金中Al、Ti成分不能满足TC25钛合金的要求，可以通过Al丝、海绵Ti的加入来满足。
上述Al-Mo-W-Ti四元合金制备时，先分别将金属Al和MoO粉、金属Al和WO粉采用常规的铝热法置换出Mo粉和W粉，避免大颗粒纯Mo、W的加入；然后将Al丝、Mo粉、W粉、海绵Ti按一定的比例混合、并在真空感应炉熔炼，浇铸成合金块后采用破碎机将合金块破碎成≤10mm的小颗粒(颗粒度与TC25钛合金主要原材料——海绵钛颗粒度相一致或相近，混合起来比较均匀，确保钛电极各区域的合金成分均匀)。
Al、W、Mo的比例是：可将W、Mo按TC25中W和Mo 1∶2的比例调配，控制四元合金中Al的比例小于TC25中相应的比例(如Al和W是6∶1)，避免Al超出标准范围。
本发明的有益技术效果：
与现有技术相比，本发明具有下列优点：
1.工艺可操作性强。
2.四元合金的夹杂物和气体含量低。
3.合金原材料的成份均匀，无W、Mo高密度夹杂。
4.生产的TC25钛合金质量稳定、成品率高。
具体实施方式
本发明实施例：先分别将金属Al和MoO粉、金属Al和WO粉采用常规的铝热法置换出Mo粉和W粉，避免大颗粒纯Mo、W的加入；然后将AlO、Mo粉、W粉、海绵Ti按一定的比例混合(化学成分重量百分比如下：W 12～14％，Mo 24～28％，Al 48～58％、Ti 6～10％)，并在真空感应炉熔炼，浇铸成合金块后采用破碎机将合金块破碎成≤10mm的小颗粒。最后，按常规钛合金生产工艺，将本发明生产的Al-Mo-W-Ti四元合金(见表2)与海绵钛及其它合金原材料混合均匀，一起压制成电极(φ560×150mm)，经三次真空自耗冶炼成为合格的成品铸锭(φ860×2100mm)。
对成品铸锭的化学成分检测(见表3)表明，W、Mo、Al元素含量与配入成分基本匹配且不同部位成分均匀，满足相应的技术要求。对最终的TC25产品的探伤、低倍和高倍组织检验显示，产品中无高密度W、Mo夹杂或组织偏析。
表2 单位：质量百分比
| 实施例 | Al | Mo | W | Ti | 杂质 |
| 1 | 45.0 | 20.0 | 10.0 | 14.6 | 余量 |
| 2 | 45.0 | 30.0 | 15.0 | 9.8 | 余量 |
| 3 | 60.0 | 20.0 | 10.0 | 9.6 | 余量 |
| 4 | 53.1 | 25.0 | 12.5 | 9.0 | 余量 |
| 5 | 52.7 | 28.0 | 14.0 | 5.0 | 余量 |
| 6 | 51.8 | 22.0 | 11.0 | 15.0 | 余量 |
表3
Claims (2)
1.一种Al-Mo-W-Ti四元合金，其成分质量百分比为：W 10～15％、Mo20～30％、Al 45～60％、Ti 5％-15％，余量为不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的Al-Mo-W-Ti四元合金，其特征是，其成分质量百分比：W：12～14％，Mo：24～28％，Al：48～58％，Ti：6～10％，余量为不可避免的杂质。
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Effective date of registration: 20200513 Address after: 200940 room 1277, building 216, 1269 Shuishui Road, Baoshan District, Shanghai Patentee after: Baowu Special Metallurgy Co., Ltd Address before: 200940 No. 1269, Fisheries Road, Shanghai, Baoshan District Patentee before: BAOSTEEL SPECIAL STEEL Co.,Ltd. |
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