CN106065439B - 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

一种用于制备叶轮的钛合金及其制备方法
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为表三中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 (2)

1.一种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的各组分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Ф900*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Ф1100/Ф280*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Ф1010/Ф280*330mm即可。
2.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，所述镦拔过程中设定镦粗比为1.55-2。
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