CN103509974A - 一种精密铸造钛合金叶轮的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种精密铸造钛合金叶轮的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 4-5％、Ni 0.7-0.8％、Nb 0.5-0.6％、V 0.5-0.7％、Cr 0.3-0.4％、Si 0.1-0.2％、In 0.07-0.09％、Cu 0.03-0.04％、Pr 0.03-0.04％、Y 0.01-0.02％，Mn 0.75-0.8％，Mo 0.5-0.7％，Sn 0.7-0.9％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，钛合金板材强度达到1200MPa以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种精密铸造钛合金叶轮的制备方法，属于钛基合金制造领域。
背景技术
Ti-6Al-4V是使用最广泛、最成熟的典型的(α+β)两相钛合金，各国相继研发的历史已近四十年、并有各自的合金牌号。其成份特征为：合金元素允许波动范围较宽(Al：5.5％-6.75％)，杂质允许含量较高(Fe：0.3％max、O：0.2％max、H：0.015％max)；从而带来较高的冶金缺陷可能性、较低的塑性和韧性及较短的使用寿命。为此，以美、英为首的少数发达国家又在近20年开发了相应的低间隙合金，如美国UNS R56401、ASTM F468、Grade23、AMS4930、Ti-64ELI，英国IMI318ELI，法国TA6VELI等，广泛应用于低温、医疗、舰船及飞行器等重要领域。其成份特征为：合金元素允许波动范围较窄(Al：5.5％～6.5％)，杂质允许含量较低(Fe：0.25％max、O：0.13％max、H：0.0125％)；从而带来较小的冶金缺陷可能性、较高的塑性和韧性、较好的焊接性能及较长的使用寿命。比Ti-6Al-4V合金的K1C提高近一倍、da/dN降低达一个数量级，现已应用在先进的战斗机和新一代民机上。例如，美国将Ti-6Al-4V和Ti-6Al-4V ELI合金应用于F-16战斗机的水平尾翼转轴、波音767的第一号驾驶舱风档玻璃窗骨架和UH60A“黑鹰”、SH60B“海鹰”、CH53E“超级种马”等直升机的主旋翼、尾旋翼转动部件。民机波音747的主起落架用的支撑梁大型模锻件(重1545kg、长6.2m、宽0.95m、投影面积4.06m2)，自1969年开始生产直到如今仍在供应中。如今，美国第四代战机F22、F/A-18E/F等的Ti-6Al-4V(Ti-6Al-4V ELI)钛合金应用已经进入采用更大型整体模锻件的成熟应用阶段，如F22战斗机零件中钛合金占飞机重量的41％，其中Ti-6Al-4V ELI又占钛合金重量的87.5％。其中F-22后机身整体式隔框(重1590kg、长3.8m、宽1.7m、投影面积5.53m2)是目前世界上最大的钛合金闭式模锻件。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种操作方便、工艺可控性强的精密铸造钛合金叶轮的制备方法。该工艺可使钛合金叶轮保持良好的强度、断裂韧性及塑性的匹配，性能批次稳定性提高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种精密铸造钛合金叶轮的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 4-5％、Ni 0.7-0.8％、Nb 0.5-0.6％、V 0.5-0.7％、Cr0.3-0.4％、Si 0.1-0.2％、In 0.07-0.09％、Cu 0.03-0.04％、Pr 0.03-0.04％、Y 0.01-0.02％，Mn 0.75-0.8％，Mo 0.5-0.7％，Sn 0.7-0.9％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，
精密铸造钛合金叶轮制备方法：包括以下步骤：按照上述比例配制合金，合金材料熔炼、浇注：熔化温度：1780－1800℃，浇注温度为1730－1700℃；后进行脱模，得到的叶轮进行热处理：首先将叶轮加热到700-750℃进行淬火，而后经过三次时效处理，第一次时效处理在控制温度460℃，保温2.5-3h，真空条件下通氩气风机搅拌冷却，第二次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为410℃，保温9-10h出炉空冷；第三次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为370℃，保温12-14h出炉空冷；
热处理后对叶轮表面进行处理，首先选择多棱型230目刚玉砂进行表面粗化处理，再采用碱性氢氧化物80％，螯合剂7.5％，三羟基苯12.5％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶轮表面进行活化处理，对活化后的叶轮进行热喷涂WC系金属陶瓷；WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶轮上沉积成耐磨涂层，得到最终叶轮。WC系金属陶瓷主要成分：WC 21～25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 4.5％、Ni 0.75％、Nb 0.55％、V 0.6％、Cr 0.35％、Si 0.15％、In 0.08％、Cu 0.035％、Pr 0.035％、Y 0.015％，Mn 0.78％，Mo 0.6，Sn 0.6％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，
所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 4.2％、Ni 0.72％、Nb 0.52％、V 0.55％、Cr 0.32％、Si 0.12％、In 0.075％、Cu 0.032％、Pr 0.032％、Y0.012％，Mn 0.72％，Mo 0.55％，Sn 0.75％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，
化学成分重量百分比为：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 4.4％、Ni 0.74％、Nb 0.54％、V 0.58％、Cr 0.34％、Si 0.14％、In 0.078％、Cu0.038％、Pr 0.034％、Y 0.014％，Mn 0.75％，Mo 0.65％，Sn 0.85％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，
作为优选，熔化温度：1790℃,浇注温度为1720℃。
作为优选，熔化温度：1800℃,浇注温度为1710℃。。
作为优选，淬火温度为730℃。
作为优选，第一次时效处理在控制温度460℃，保温2.8h，。
作为优选，第二次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为410℃，保温9.5h出炉空冷。
作为优选，第三次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为370℃，保温13h出炉空冷。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明与现有技术相比具有什么优点：本发明工艺简单，组织均匀性容易控制，能充分发挥低间隙钛合金的性能优势，加工的材料强度、韧性及塑性匹配良好，性能的批次稳定性得到提高。强度达到指标要求，强度达到1200MPa以上。
具体实施方式
实施例1：
提供一种精密铸造钛合金叶轮的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 4.5％、Ni 0.75％、Nb 0.55％、V 0.6％、Cr 0.35％、Si 0.15％、In 0.08％、Cu 0.035％、Pr 0.035％、Y 0.015％，Mn 0.78％，Mo 0.6，Sn 0.6％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，
精密铸造钛合金叶轮制备方法：包括以下步骤：按照上述比例配制合金，合金材料熔炼、浇注：熔化温度：1780－1800℃，浇注温度为1730－1700℃；后进行脱模，得到的叶轮进行热处理：首先将叶轮加热到720℃进行淬火，而后经过三次时效处理，第一次时效处理在控制温度460℃，保温2.5-3ｈ，真空条件下通氩气风机搅拌冷却，第二次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为410℃，保温9-10h出炉空冷；第三次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为370℃，保温12-14h出炉空冷；
热处理后对叶轮表面进行处理，首先选择多棱型230目刚玉砂进行表面粗化处理，再采用碱性氢氧化物80％，螯合剂7.5％，三羟基苯12.5％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶轮表面进行活化处理，对活化后的叶轮进行热喷涂WC系金属陶瓷；WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶轮上沉积成耐磨涂层，得到最终叶轮。WC系金属陶瓷主要成分：WC 21～25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
实施例2：
提供一种精密铸造钛合金叶轮的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 4.2％、Ni 0.72％、Nb 0.52％、V 0.55％、Cr 0.32％、Si 0.12％、In 0.075％、Cu 0.032％、Pr 0.032％、Y 0.012％，Mn 0.72％，Mo 0.55％，Sn 0.75％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，
精密铸造钛合金叶轮制备方法：包括以下步骤：按照上述比例配制合金，合金材料熔炼、浇注：熔化温度：1780－1800℃，浇注温度为1730－1700℃；后进行脱模，得到的叶轮进行热处理：首先将叶轮加热到710℃进行淬火，而后经过三次时效处理，第一次时效处理在控制温度460℃，保温2.5-3ｈ，真空条件下通氩气风机搅拌冷却，第二次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为410℃，保温9-10h出炉空冷；第三次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为370℃，保温12-14h出炉空冷；
热处理后对叶轮表面进行处理，首先选择多棱型230目刚玉砂进行表面粗化处理，再采用碱性氢氧化物80％，螯合剂7.5％，三羟基苯12.5％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶轮表面进行活化处理，对活化后的叶轮进行热喷涂WC系金属陶瓷；WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶轮上沉积成耐磨涂层，得到最终叶轮。WC系金属陶瓷主要成分：WC 21～25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
实施例3：
提供一种精密铸造钛合金叶轮的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 4.4％、Ni 0.74％、Nb 0.54％、V 0.58％、Cr 0.34％、Si 0.14％、In 0.078％、Cu 0.038％、Pr 0.034％、Y 0.014％，Mn 0.75％，Mo 0.65％，Sn 0.85％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，
精密铸造钛合金叶轮制备方法：包括以下步骤：按照上述比例配制合金，合金材料熔炼、浇注：熔化温度：1780－1800℃，浇注温度为1730－1700℃；后进行脱模，得到的叶轮进行热处理：首先将叶轮加热到740℃进行淬火，而后经过三次时效处理，第一次时效处理在控制温度460℃，保温2.5-3ｈ，真空条件下通氩气风机搅拌冷却，第二次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为410℃，保温9-10h出炉空冷；第三次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为370℃，保温12-14h出炉空冷；
热处理后对叶轮表面进行处理，首先选择多棱型230目刚玉砂进行表面粗化处理，再采用碱性氢氧化物80％，螯合剂7.5％，三羟基苯12.5％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶轮表面进行活化处理，对活化后的叶轮进行热喷涂WC系金属陶瓷；WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶轮上沉积成耐磨涂层，得到最终叶轮。WC系金属陶瓷主要成分：WC 21～25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
实施例4：
提供一种精密铸造钛合金叶轮的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 4.6％、Ni 0.76％、Nb 0.56％、V 0.62％、Cr 0.36％、Si 0.16％、In 0.088％、Cu 0.036％、Pr 0.036％、Y 0.016％，Mn 0.78％，Mo 0.56％，Sn 0.7％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，
精密铸造钛合金叶轮制备方法：包括以下步骤：按照上述比例配制合金，合金材料熔炼、浇注：熔化温度：1780－1800℃，浇注温度为1730－1700℃；后进行脱模，得到的叶轮进行热处理：首先将叶轮加热到740℃进行淬火，而后经过三次时效处理，第一次时效处理在控制温度460℃，保温2.5-3ｈ，真空条件下通氩气风机搅拌冷却，第二次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为410℃，保温9-10h出炉空冷；第三次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为370℃，保温12-14h出炉空冷；
热处理后对叶轮表面进行处理，首先选择多棱型230目刚玉砂进行表面粗化处理，再采用碱性氢氧化物80％，螯合剂7.5％，三羟基苯12.5％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶轮表面进行活化处理，对活化后的叶轮进行热喷涂WC系金属陶瓷；WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶轮上沉积成耐磨涂层，得到最终叶轮。WC系金属陶瓷主要成分：WC 21～25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
实施例5：
提供一种精密铸造钛合金叶轮的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 4.8％、Ni 0.78％、Nb 0.58％、V 0.58％、Cr 0.38％、Si 0.18％、In 0.078％、Cu 0.038％、Pr 0.038％、Y 0.018％，Mn 0.78％，Mo 0.58％，Sn 0.88％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，
精密铸造钛合金叶轮制备方法：包括以下步骤：按照上述比例配制合金，合金材料熔炼、浇注：熔化温度：1780－1800℃，浇注温度为1730－1700℃；后进行脱模，得到的叶轮进行热处理：首先将叶轮加热到750℃进行淬火，而后经过三次时效处理，第一次时效处理在控制温度460℃，保温2.5-3ｈ，真空条件下通氩气风机搅拌冷却，第二次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为410℃，保温9-10h出炉空冷；第三次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为370℃，保温12-14h出炉空冷；
热处理后对叶轮表面进行处理，首先选择多棱型230目刚玉砂进行表面粗化处理，再采用碱性氢氧化物80％，螯合剂7.5％，三羟基苯12.5％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶轮表面进行活化处理，对活化后的叶轮进行热喷涂WC系金属陶瓷；WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶轮上沉积成耐磨涂层，得到最终叶轮。WC系金属陶瓷主要成分：WC 21～25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
实施例6：
提供一种精密铸造钛合金叶轮的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 5％、Ni 0.8％、Nb 0.6％、V 0.7％、Cr 0.4％、Si 0.2％、In 0.09％、Cu 0.04％、Pr 0.04％、Y 0.02％，Mn 0.8％，Mo 0.7％，Sn 0.9％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，
精密铸造钛合金叶轮制备方法：包括以下步骤：按照上述比例配制合金，合金材料熔炼、浇注：熔化温度：1780－1800℃，浇注温度为1730－1700℃；后进行脱模，得到的叶轮进行热处理：首先将叶轮加热到700℃进行淬火，而后经过三次时效处理，第一次时效处理在控制温度460℃，保温2.5-3ｈ，真空条件下通氩气风机搅拌冷却，第二次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为410℃，保温9-10h出炉空冷；第三次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为370℃，保温12-14h出炉空冷；
热处理后对叶轮表面进行处理，首先选择多棱型230目刚玉砂进行表面粗化处理，再采用碱性氢氧化物80％，螯合剂7.5％，三羟基苯12.5％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶轮表面进行活化处理，对活化后的叶轮进行热喷涂WC系金属陶瓷；WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶轮上沉积成耐磨涂层，得到最终叶轮。WC系金属陶瓷主要成分：WC 21～25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
实施例7：
提供一种精密铸造钛合金叶轮的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 5％、Ni 0.8％、Nb 0.6％、V 0.7％、Cr 0.4％、Si 0.2％、In 0.09％、Cu 0.04％、Pr 0.04％、Y 0.02％，Mn 0.8％，Mo 0.7％，Sn 0.9％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，
精密铸造钛合金叶轮制备方法：包括以下步骤：按照上述比例配制合金，合金材料熔炼、浇注：熔化温度：1780－1800℃，浇注温度为1730－1700℃；后进行脱模，得到的叶轮进行热处理：首先将叶轮加热到710℃进行淬火，而后经过三次时效处理，第一次时效处理在控制温度460℃，保温2.5-3ｈ，真空条件下通氩气风机搅拌冷却，第二次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为410℃，保温9-10h出炉空冷；第三次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为370℃，保温12-14h出炉空冷；
热处理后对叶轮表面进行处理，首先选择多棱型230目刚玉砂进行表面粗化处理，再采用碱性氢氧化物80％，螯合剂7.5％，三羟基苯12.5％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶轮表面进行活化处理，对活化后的叶轮进行热喷涂WC系金属陶瓷；WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶轮上沉积成耐磨涂层，得到最终叶轮。WC系金属陶瓷主要成分：WC 21～25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
Claims (10)
1.一种精密铸造钛合金叶轮的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 4-5％、Ni 0.7-0.8％、Nb 0.5-0.6％、V 0.5-0.7％、Cr0.3-0.4％、Si 0.1-0.2％、In 0.07-0.09％、Cu 0.03-0.04％、Pr 0.03-0.04％、Y 0.01-0.02％，Mn 0.75-0.8％，Mo 0.5-0.7％，Sn 0.7-0.9％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，
精密铸造钛合金叶轮制备方法：包括以下步骤：按照上述比例配制合金，合金材料熔炼、浇注：熔化温度：1780-1800℃，浇注温度为1700-1730℃；后进行脱模，得到的叶轮进行热处理：首先将叶轮加热到700-750℃进行淬火，而后经过三次时效处理：第一次时效处理控制温度460℃，保温2.5-3h，真空条件下通氩气风机搅拌冷却，第二次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为410℃，保温9-10h出炉空冷；第三次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为370℃，保温12-14h出炉空冷；
热处理后对叶轮表面进行处理，首先选择多棱型230目刚玉砂进行表面粗化处理，再采用碱性氢氧化物80％，螯合剂7.5％，三羟基苯12.5％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶轮表面进行活化处理，对活化后的叶轮进行热喷涂WC系金属陶瓷；WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶轮上沉积成耐磨涂层，得到最终叶轮，WC系金属陶瓷主要成分：WC 21～25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
2.如权利要求1所述的精密铸造钛合金叶轮的制备方法，所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 4.5％、Ni 0.75％、Nb 0.55％、V 0.6％、Cr 0.35％、Si 0.15％、In 0.08％、Cu 0.035％、Pr 0.035％、Y 0.015％，Mn 0.78％，Mo 0.6，Sn 0.6％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂。
3.如权利要求1所述的精密铸造钛合金叶轮的制备方法，所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 4.2％、Ni 0.72％、Nb 0.52％、V 0.55％、Cr 0.32％、Si 0.12％、In 0.075％、Cu 0.032％、Pr 0.032％、Y 0.012％，Mn 0.72％，Mo 0.55％，Sn 0.75％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂。
4.如权利要求1所述的精密铸造钛合金叶轮的制备方法，化学成分重量百分比为：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 4.4％、Ni 0.74％、Nb0.54％、V 0.58％、Cr 0.34％、Si 0.14％、In 0.078％、Cu 0.038％、Pr 0.034％、Y 0.014％，Mn 0.75％，Mo 0.65％，Sn 0.85％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂。
5.如权利要求1所述的精密铸造钛合金叶轮的制备方法，熔化温度：1790℃,浇注温度为1720℃。
6.如权利要求1所述的精密铸造钛合金叶轮的制备方法，熔化温度：1800℃,浇注温度为1710℃。
7.如权利要求1所述的精密铸造钛合金叶轮的制备方法，淬火温度为730℃。
8.如权利要求1所述的精密铸造钛合金叶轮的制备方法，第一次时效处理在控制温度460℃，保温2.8h。
9.如权利要求1所述的精密铸造钛合金叶轮的制备方法，第二次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为410℃，保温9.5h出炉空冷。
10.如权利要求1或9所述的精密铸造钛合金叶轮的制备方法，第三次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为370℃，保温13h出炉空冷。
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