CN106065439A - 一种用于制备叶轮的钛合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生产加工技术领域,具体涉及一种用于制备叶轮的钛合金及其制备方法。按各组分的重量百分为,Al:6.0%‑7.0%;V:4.0%‑4.5%;Fe:0.2%‑0.3%;Si:0.05‑0.15;Zr:0.05%‑0.15%;Mo:0.05%‑0.15%;C:0.05%‑0.10%;N:0.01%‑0.04%;H:0.001%‑0.012%;O:0.14%‑0.18%,余量为Ti。本发明研制的钛合金材料与现有技术相比增加强度,耐磨耐腐性能强,耐高温抗氧化能力都有所提高,由于本发明的钛合金叶轮能够长时间的在水低进行作业,不必经常性的维修或换件,因此能够减少维修成本增加寿命,提高效率,同时降低价格成本,增加效益,做出的大叶轮达到Ф1010/Ф280*330mm的同时,却只有不到750kg的重量,减重效果特别好。
Description
技术领域
本发明属于生产加工技术领域,具体涉及一种用于制备叶轮的钛合金及其制备方法。
背景技术
钛是高科技产业,经历了多半个世纪发展Ti-6Al-4V合金是当今世界通用合金,仍占有钛合金用量的50%以上。世界上各钛大国都在发展自己的Ti-6Al-4V合金系列牌号,如俄罗斯有BT6、BTGc、BT6T、BT6K等牌号。公司于1996年开始研发TC4(Ti-6Al-4V)合金系列牌号,供北京621的所有TC4-1、TC4-2、TC4-3。现在又增添了TC4EL1、TC4-A、TC4-B等牌号。但是其已经不能满足现钛市场用户的要求,提供更耐蚀、耐磨、耐高温的钛合金材料已是迫不及待。
发明内容
本发明目的在于提供的一种用于制备叶轮的钛合金及其制备方法,为实现上述目的:本发明提供如下技术方案:
一种用于制备叶轮的钛合金,按各组分的重量百分为,Al:6.0%-7.0%;V:4.0%-4.5%;Fe:0.2%-0.3%;Si:0.05-0.15;Zr:0.05%-0.15%;Mo:0.05%-0.15%;C:0.05%-0.10%;N:0.01%-0.04%;H:0.001%-0.012%;0:0.14%-0.18%,余量为Ti。
按如下方法制备:a、按上述重量比例取各种材料放入布料机内进行充分地混合,Ti颗粒的粒度为0.254-25.4mm;
b、电极制作::把第一步中混合好的合金放入到立式油压机模具内进行挤压电极,每节电极的重量为45Kg;
c、真空炉内进行熔炼:在真空炉中要进行Φ380*L、Φ480*L和Φ580*L三次熔炼成锭Φ580*1700mm;探伤后锯切头部冒口和底部成Φ560*1400mm;
d、热锭:将熔炼后的坯锭于1160℃-1180℃加热8小时,再进行保温6小时;
e、锻造:在1600吨快锻机上开始进行镦拔锻造,多次镦拔过程中温度降低到850℃时需回炉1050℃加热4小时后再次进行镦拔;当锭为Φ900*700mm时,将锭侧立起来,进行侧边局部处理整形,整形好侧边后再对内孔进行冲孔整形;
f、二次锻造:整形后再次回炉1050℃±10℃加热3小时,进行多次镦拔锻造镦拔过程中温度降低到850℃时需回炉1050℃±10℃加热3小时后再次进行镦拔;当锭为Φ1100/Φ280*400mm时,将锭侧立起来,进行侧边局部处理整形,整形好侧边后再对内孔进行冲孔整形;
g、退火:整形好的锭于750℃-850℃温度下保温180分钟消除应力;
h、再经车床加工成型Φ1010/Φ280*330mm即可。
所述镦拔过程中设定镦粗比为1.55-2。
本发明的有益效果是:本发明研制的钛合金材料与现有技术相比增加强度,耐磨耐腐性能强,耐高温抗氧化能力都有所提高,由于本发明的钛合金叶轮能够长时间的在水低进行作业,不必经常性的维修或换件,因此能够减少维修成本增加寿命,提高效率,同时降低价格成本,增加效益,做出的大叶轮达到Φ1010/Φ280*330mm的同时,却只有不到750kg的重量,减重效果特别好。以TC4为基准改进,加入六种微量元素:Fe、Zr、Mo、O、Si、C来提高TC4合金的性能,通过在β区域多火反复镦拔变形,保证叶轮质量指标要求。TC4-C合金叶轮锻制要点得知,坯料加热1160-1180℃,超过该批号坯料相点100多度,低 温时无法达到我们的大叶轮,所以必须在相变点以上进行锻造,热锻均属β锻造,在β区域三轴向分别进行每个方向的单轴向镦拔变形方式,有60-70%变形在相变点以上,完成变形,还留有30-40%变形在两相区完成,可充分利用相变点以上金属变形抗力低,易于金属内部流动的特点,来充分破碎粗品,获均匀组织,经多火反复镦拔变形方式,使叶轮毛坯组织合格。
附图说明
图1为本发明钛合金锭毛坯图;
图2为本发明钛合金锭本成品图;
图3为本发明钛合金大叶轮最终成品图;
图4为表3中6个试验的钛合金显微组织照片。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果,以下结合本发明的优选实施例进行详细描述。
实施例一
根据Ti-6Al-4V为基准,设定Ti-6.5Al-4.2V,按Al:6.5%;V:4.2%;Fe:0.27%;Si:0.07%;Zr:0.07%;Mo:0.07%;C:0.07%;N:0.015%;H:0.001%;O:0.15%,余量为Ti设定量来准备材料。按计量将准备好Al皮,Al豆,海绵钛,各金属元素的粉末及石墨和二氧化钛,各种材料放入布料机内进行充分地混合。混合后的总重量为380kg。海绵钛的粒度为0.254-25.4mm;合金放入到立式油压机模具内进行挤压电极,每节电极的重量为45Kg;共用9节电极,在真空炉中按常规的方式进行熔炼,进行Φ380*L、Φ480*L和Φ580*L三次熔炼成锭Φ580*1700mm;熔炼成锭重1.65t。探伤后锯切头部冒口和底部成Φ560*1400mm,重1.5t;坯锭经扒皮、取样分析结果见表1。
表1TC4-C锭化学成分
Table 1Chemical composition of ingots
将熔炼后的坯锭于1160℃-1180℃加热8小时,再进行保温6小时;在快锻机上开始进行镦拔锻造,多次镦拔(设定镦粗比为1.55-2)过程中温度降低到850℃时需回炉1050℃加热4小时后再次进行镦拔;回炉次数以温度降低的速度为基准,当锭为Φ900*700mm时,将锭侧立起来,进行侧边局部处理整形,整形好侧边后再对内孔进行冲孔整形;二次锻造:整形后再次回炉1050℃±10℃加热3小时,进行镦拔锻造,多次镦拔过程中温度降低到850℃时需回炉1050℃±10℃加热3小时后再次进行镦拔;回炉次数以温度降低的速度为基准。当锭Φ1100/Φ280*400mm时,将锭侧立起来,进行侧边局部处理整形,整形好侧边后再对内孔进行冲孔整形;整形好的锭于750℃-850℃温度下保温180分钟消除应力;再经车床加工成型Φ1010/Φ280*330mm即可,最终得到我们的TC4-C钛叶轮。
效果数据
表2叶轮M状态拉伸性能
Table 3The M state tensile properties of the impeller
从表2中叶轮M状态拉伸性能比较中发现镦粗比控制2.0、退火850℃工艺叶轮拉伸性能较镦粗比1.55好些。因为镦粗比2.0意味着在相变点以下,即两相区的变形量比前者大,镦粗比2.0的叶轮在两相区有约40%的变形量,性能略高前者。
表2的6个试验数据的显微组织照片,从图4中六个显微组织照片看,它们区别不大,品粒尺寸均处在于《航空飞机用TC4合金显微组织》中(1-12级),它规定1-8级为合格。本文显微组织处在7级水平上属于组织合格。
表3TC4-C钛叶轮500℃性能
Table 4The performance of TC4-C titanium impeller under 500℃
表3中性能数值证实该合金有优异高温性能,如在500℃、177MPa应力下100小时残余变形仅达成0.067%。TC4-C合金比TC4合金高温性能提高的特别明显。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种用于制备叶轮的钛合金,其特征在于,按各组分的重量百分为,Al:6.0%-7.0%;V:4.0%-4.5%;Fe:0.2%-0.3%;Si:0.05-0.15;Zr:0.05%-0.15%;Mo:0.05%-0.15%;C:0.05%-0.10%;N:0.01%-0.04%;H:0.001%-0.012%;0:0.14%-0.18%,余量为Ti。
2.一种按权利要求1所述用于制备叶轮的钛合金的制备方法,其特征在于,按如下方法制备:a、按上述重量比例取各种材料放入布料机内进行充分地混合,Ti颗粒的粒度为0.254-25.4mm;
b、电极制作::把第一步中混合好的合金放入到立式油压机模具内进行挤压电极,每节电极的重量为45Kg;
c、真空炉内进行熔炼:在真空炉中要进行Φ380*L、Φ480*L和Φ580*L三次熔炼成锭Φ580*1700mm;探伤后锯切头部冒口和底部成Φ560*1400mm;
d、热锭:将熔炼后的坯锭于1160℃-1180℃加热8小时,再进行保温6小时;
e、锻造:在1600吨快锻机上开始进行镦拔锻造,多次镦拔过程中温度降低到850℃时需回炉1050℃加热4小时后再次进行镦拔;当锭为Φ900*700mm时,将锭侧立起来,进行侧边局部处理整形,整形好侧边后再对内孔进行冲孔整形;
f、二次锻造:整形后再次回炉1050℃±10℃加热3小时,进行多次镦拔锻造镦拔过程中温度降低到850℃时需回炉1050℃±10℃加热3小时后再次进行镦拔;当锭为Φ1100/Φ280*400mm时,将锭侧立起来,进行侧边局部处理整形,整形好侧边后再对内孔进行冲孔整形;
g、退火:整形好的锭于750℃-850℃温度下保温180分钟消除应力;
h、再经车床加工成型Φ1010/Φ280*330mm即可。
3.按权利要求2所述用于制备叶轮的钛合金的制备方法,其特征在于,所述镦拔过程中设定镦粗比为1.55-2。
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