CN103555998A

CN103555998A - 一种制备铝钛合金叶片的方法

Info

Publication number: CN103555998A
Application number: CN201310536829.9A
Authority: CN
Inventors: 李茜; 王文姣; 邢桂生
Original assignee: 李茜
Current assignee: Botou Ruiheng Machinery Co., Ltd.
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-11-04
Also published as: CN103555998B; CN104745873A; CN104745873B

Abstract

本发明公开一种制备铝钛合金叶片的方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 11-12％、Sn3-4％、Fe0.8-0.9％、Si0.1-0.2％、Cr0.1-0.2％、Ca0.3-0.4％，Bi 0.5-0.6％、In0.05-0.07％、Cu0.03-0.04％、La0.01-0.02％、Y0.03-0.04％，Mn0.01-0.03％、V0.05-0.06％，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

一种制备铝钛合金叶片的方法

技术领域

本发明涉及一种制备铝钛合金叶片的方法，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、Grade 23、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片的制备方法。该工艺可使钛合金叶片保持良好的强度、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：

一种熔模铸造法制备钛合金叶片的方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 11-12％、Sn 3-4％、Fe 0.8-0.9％、Si 0.1-0.2％、Cr 0.1-0.2％、Ca 0.3-0.4％，Bi 0.5-0.6％、In 0.05-0.07％、Cu 0.03-0.04％、La0.01-0.02％、Y 0.03-0.04％，Mn 0.01-0.03％、V 0.05-0.06％、，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，

精密铸造钛合金叶片制备方法：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，得到的叶片进行热处理：首先将叶片加热到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，再以2℃/分钟的速率降温到270℃，保温10-11小时，后出炉空冷；

热处理后对叶片表面进行处理，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75％，螯合剂10％，三羟基苯15％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶片表面进行活化处理，对活化后的叶片进行热喷涂WC系金属陶瓷； WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶片上沉积成耐磨涂层，得到最终叶片，WC系金属陶瓷主要成分：WC 23-24份，Co 10-11份，Cr 6-7份，Mo 3-4份。

作为优选，所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 11.5％、Sn 3.5％、Fe 0.85％、Si 0.15％、Cr 0.15％、Ca 0.35％，Bi 0.55％、In 0.055％、Cu 0.035％、La0.015％、Y 0.035％，Mn 0.015％、V 0.055％、，余量为钛及不可避免的非金属夹杂。

作为优选，所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 11％、Sn 3％、Fe 0.8％、Si 0.1％、Cr 0.1％、Ca 0.3％，Bi 0.5％、In 0.05％、Cu 0.03％、La0.01％、Y 0.03％，Mn 0.01％、V 0.05％、，余量为钛及不可避免的非金属夹杂。

作为优选，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 12％、Sn 4％、Fe 0.9％、Si 0.2％、Cr 0.2％、Ca 0.4％，Bi 0.6％、In 0.07％、Cu 0.04％、La 0.02％、Y 0.04％，Mn 0.03％、V 0.06％、，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，再以2℃/分钟的速率降温到270℃，保温10小时，后出炉空冷。

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：

一种熔模铸造法制备钛合金叶片的方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 11.5％、Sn 3.5％、Fe 0.85％、Si 0.15％、Cr 0.15％、Ca 0.35％，Bi 0.55％、In 0.055％、Cu 0.035％、La0.015％、Y 0.035％，Mn 0.015％、V 0.055％、，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，

精密铸造钛合金叶片制备方法：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：1785℃，浇注温度为1705℃；后进行脱模，得到的叶片进行热处理：首先将叶片加热到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2.5h，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9h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12h，再以2℃/分钟的速率降温到270℃，保温10小时，后出炉空冷；

热处理后对叶片表面进行处理，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75％，螯合剂10％，三羟基苯15％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶片表面进行活化处理，对活化后的叶片进行热喷涂WC系金属陶瓷； WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶片上沉积成耐磨涂层，得到最终叶片，WC系金属陶瓷主要成分：WC 23.5份，Co 10.5份，Cr 6.5份，Mo 3.5份。

实施例2：

一种熔模铸造法制备钛合金叶片的方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 11％、Sn 3％、Fe 0.8％、Si 0.1％、Cr 0.1％、Ca 0.3％，Bi 0.5％、In 0.05％、Cu 0.03％、La0.01％、Y 0.03％，Mn 0.01％、V 0.05％、，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，

精密铸造钛合金叶片制备方法：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℃，浇注温度为1700℃；后进行脱模，得到的叶片进行热处理：首先将叶片加热到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2.5h，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9h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12h，再以2℃/分钟的速率降温到270℃，保温10小时，后出炉空冷；

热处理后对叶片表面进行处理，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75％，螯合剂10％，三羟基苯15％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶片表面进行活化处理，对活化后的叶片进行热喷涂WC系金属陶瓷； WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶片上沉积成耐磨涂层，得到最终叶片，WC系金属陶瓷主要成分：WC 23份，Co 10份，Cr 6份，Mo 3份。

实施例3：

一种熔模铸造法制备钛合金叶片的方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 12％、Sn 4％、Fe 0.9％、Si 0.2％、Cr 0.2％、Ca 0.4％，Bi 0.6％、In 0.07％、Cu 0.04％、La 0.02％、Y 0.04％，Mn 0.03％、V 0.06％，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，

精密铸造钛合金叶片制备方法：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： 1800℃，浇注温度为1730℃；后进行脱模，得到的叶片进行热处理：首先将叶片加热到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14h，再以2℃/分钟的速率降温到270℃，保温11小时，后出炉空冷；

热处理后对叶片表面进行处理，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75％，螯合剂10％，三羟基苯15％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶片表面进行活化处理，对活化后的叶片进行热喷涂WC系金属陶瓷； WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶片上沉积成耐磨涂层，得到最终叶片，WC系金属陶瓷主要成分：WC 24份，Co 11份，Cr 7份，Mo 4份。

实施例4：

一种熔模铸造法制备钛合金叶片的方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 11.2％、Sn 3.2％、Fe 0.82％、Si 0.12％、Cr 0.12％、Ca 0.32％，Bi 0.52％、In 0.052％、Cu 0.032％、La0.012％、Y 0.032％，Mn 0.012％、V 0.052％、，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，

热处理后对叶片表面进行处理，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75％，螯合剂10％，三羟基苯15％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶片表面进行活化处理，对活化后的叶片进行热喷涂WC系金属陶瓷； WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶片上沉积成耐磨涂层，得到最终叶片，WC系金属陶瓷主要成分：WC 23.2份，Co 10.2份，Cr 6.2份，Mo 3.2份。

实施例5：

一种熔模铸造法制备钛合金叶片的方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 11.4％、Sn 3.4％、Fe 0.84％、Si 0.14％、Cr 0.14％、Ca 0.34％，Bi 0.54％、In 0.054％、Cu 0.034％、La0.014％、Y 0.034％，Mn 0.014％、V 0.054％、，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，

热处理后对叶片表面进行处理，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75％，螯合剂10％，三羟基苯15％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶片表面进行活化处理，对活化后的叶片进行热喷涂WC系金属陶瓷； WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶片上沉积成耐磨涂层，得到最终叶片，WC系金属陶瓷主要成分：WC 23.4份，Co 10.4份，Cr 6.4份，Mo 3.4份。

实施例6：

一种熔模铸造法制备钛合金叶片的方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 11.6％、Sn 3.6％、Fe 0.86％、Si 0.16％、Cr 0.16％、Ca 0.36％，Bi 0.56％、In 0.056％、Cu 0.036％、La0.016％、Y 0.036％，Mn 0.016％、V 0.056％、，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，

热处理后对叶片表面进行处理，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75％，螯合剂10％，三羟基苯15％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶片表面进行活化处理，对活化后的叶片进行热喷涂WC系金属陶瓷； WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶片上沉积成耐磨涂层，得到最终叶片，WC系金属陶瓷主要成分：WC 23.6份，Co 10.6份，Cr 6.6份，Mo 3.6份。

实施例7：

一种熔模铸造法制备钛合金叶片的方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 11.8％、Sn 3.8％、Fe 0.88％、Si 0.18％、Cr 0.18％、Ca 0.38％，Bi 0.58％、In 0.058％、Cu 0.038％、La0.018％、Y 0.038％，Mn 0.018％、V 0.058％、，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，

热处理后对叶片表面进行处理，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75％，螯合剂10％，三羟基苯15％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶片表面进行活化处理，对活化后的叶片进行热喷涂WC系金属陶瓷； WC系金属陶瓷颗粒大小为450μm，通过喷枪使WC系金属陶瓷在叶片上沉积成耐磨涂层，得到最终叶片，WC系金属陶瓷主要成分：WC 23.8份，Co 10.8份，Cr 6.8份，Mo 3.8份。

Claims

1.一种制备铝钛合金叶片的方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 11-12％、Sn 3-4％、Fe 0.8-0.9％、Si 0.1-0.2％、Cr 0.1-0.2％、Ca 0.3-0.4％，Bi 0.5-0.6％、In 0.05-0.07％、Cu 0.03-0.04％、La0.01-0.02％、Y 0.03-0.04％，Mn 0.01-0.03％、V 0.05-0.06％、，余量为钛及不可避免的非金属夹杂，

铝钛合金叶片制备方法：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，得到的叶片进行热处理：首先将叶片加热到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，再以2℃/分钟的速率降温到270℃，保温10-11小时，后出炉空冷；

2.如权利要求1所述的制备铝钛合金叶片的方法，所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 11.5％、Sn 3.5％、Fe 0.85％、Si 0.15％、Cr 0.15％、Ca 0.35％，Bi 0.55％、In 0.055％、Cu 0.035％、La0.015％、Y 0.035％，Mn 0.015％、V 0.055％、，余量为钛及不可避免的非金属夹杂。

3.如权利要求1所述的制备铝钛合金叶片的方法，所述合金的各组分质量百分含量包括：Al 11％、Sn 3％、Fe 0.8％、Si 0.1％、Cr 0.1％、Ca 0.3％，Bi 0.5％、In 0.05％、Cu 0.03％、La0.01％、Y 0.03％，Mn 0.01％、V 0.05％、，余量为钛及不可避免的非金属夹杂。

4.如权利要求1所述的制备铝钛合金叶片的方法，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 12％、Sn 4％、Fe 0.9％、Si 0.2％、Cr 0.2％、Ca 0.4％，Bi 0.6％、In 0.07％、Cu 0.04％、La 0.02％、Y 0.04％，Mn 0.03％、V 0.06％、，余量为钛及不可避免的非金属夹杂。

5.如权利要求1所述的制备铝钛合金叶片的方法，熔化温度：1790℃, 浇注温度为1720℃。

6.如权利要求1所述的制备铝钛合金叶片的方法，熔化温度：1800℃, 浇注温度为1710℃。

7.如权利要求1所述的制备铝钛合金叶片的方法，淬火温度为730℃。

8.如权利要求1所述的制备铝钛合金叶片的方法，第一次时效处理在控制温度460℃，保温2.8h。

9.如权利要求1所述的制备铝钛合金叶片的方法，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10所述的制备铝钛合金叶片的方法，第三次时效处理是在空气箱式炉，控制温度为370℃，保温13h，再以2℃/分钟的速率降温到270℃，保温10小时，后出炉空冷。