CN106435264A - 一种中强高韧耐蚀可焊接合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种中强高韧耐蚀可焊接合金及其制备方法，该合金按照质量百分比由以下成分组成：Al：3.0‑8.0%，V：0.3‑3.0%，Sn：0.3‑3.0%，Zr：0.3‑4.0%，Mo：0.3‑3.0%，Si：0.02‑0.50%，余量为Ti；且本发明通过原料称取、铸锭熔炼、开坯锻造以及板材轧制后制得合金；本发明制得的合金具有良好的冷热加工及铸造性能，可成型为锻件、板材和铸件等，具有较高的塑韧性和良好的焊接性能和耐海水腐蚀性能。

Description

一种中强高韧耐蚀可焊接合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体的说是涉及一种中强高韧耐蚀可焊接合金及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀、无磁等优异的性能，特别是在海水和酸性烃类化合物中具有良好的耐蚀性，是船舶与海洋工程特别是含盐环境优选的材料。因此，被誉为“海洋金属”。船用钛合金是我国钛产业重要的研究及发展方向，是未来最为重要的应用领域。

钛合金作为船舶与海洋工程的关键结构材料，除应具有合适的强度外，还必须兼有良好的延性和足够高的断裂韧性。在海洋环境下使用，尤其要求钛合金具有较高的冲击韧性和应力腐蚀断裂韧性。钛合金材料的韧性（冲击韧性、断裂韧性和应力腐蚀断裂韧性等）直接影响其构件的使用安全性，如强度虽高而韧性差的合金，在应力作用下，往往由于微小裂纹的存在及失稳而易导致破坏。随着钛合金在船舶和海洋工程领域的广泛应用，如从船舶设备、系统到未来船体的推广应用，对钛合金材料使用安全可靠性提出了更高要求。

发明内容

本发明为了解决上述的技术问题，提供一种中强高韧耐蚀可焊接合金及其制备方法，其制得的合金具有良好的冷热加工及铸造性能，可成型为锻件、板材和铸件等，具有较高的塑韧性和良好的焊接性能和耐海水腐蚀性能。

为了实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：一种中强高韧耐蚀可焊接合金，按照质量百分比由以下成分组成：Al：3.0-8.0%，V：0.3-3.0%，Sn：0.3-3.0%，Zr：0.3-4.0%，Mo：0.3-3.0%，Si：0.02-0.50%，余量为Ti。

所述V、Mo、Sn、Si元素采用铝钒、铝钼、铝锡和铝硅中间合金的形式加入，Al和Zr采用纯金属的形式加入。

一种中强高韧耐蚀可焊接合金的方法，包括以下步骤：

步骤一、按照权利要求2的质量百分比称取纯铝、纯锆、铝钒、铝钼、铝锡和铝硅，并将称取的各组分混合后压制成电极棒，备用；

步骤二、将步骤一制备的电极棒放入真空自耗电弧熔炉进行熔炼成铸锭，熔炼过程中，预熔真空度为10^-2Pa，熔炼次数≥3次，然后将铸锭车皮、去缩口后，备用；

步骤三、将经步骤二处理后的铸锭在温度为T_β+150℃的条件下加热，然后在空气锤或压机上开坯，开坯后，坯件在温度为相变点T_β以下20~30℃的条件下放入空气锤、水压机或挤压机上，并在空气锤、水压机或挤压机上加工成板坯或锻件，制得的坯件在相变点T_β以下10℃进行热处理，完成后备用；

步骤四：板材轧制：采用冷热轧机将步骤三制备的板坯或锻件轧制为不同厚度的宽幅板材，即为成品。

本发明的有益效果：本发明采用真空自耗电弧熔炼，操作简单，对成品的质量和均匀性起到良好的作用，本发明制得的合金具有良好的冷热加工及铸造性能，可成型为锻件、板材和铸件等，具有较高的塑韧性和良好的焊接性能和耐海水腐蚀性能，其R_m≥780MPa，R_p0.2≥700MPa，A≥12%；KV₂≥47J，K_IC≥110MPAam^1/2，K_ISCC≥90MPAam^1/2，板材纵横向性能差异不大于15%，且铸件/锻件/板材可焊，焊接系数≥0.9，在船舶和海洋工程等领域具有良好的技术应用与市场前景。

具体实施方式

一种中强高韧耐蚀可焊接合金，按照质量百分比由以下成分组成：Al：3.0-8.0%，V：0.3-3.0%，Sn：0.3-3.0%，Zr：0.3-4.0%，Mo：0.3-3.0%，Si：0.02-0.50%，余量为Ti，所述V、Mo、Sn、Si元素采用铝钒、铝钼、铝锡和铝硅中间合金的形式，Al和Zr采用纯金属的形式。

一种中强高韧耐蚀可焊接合金的方法，包括以下步骤：

步骤一、按照权利要求1的质量百分比称取纯铝、纯锆、铝钒、铝钼、铝锡和铝硅，并将称取的各组分混合后压制成电极棒，备用；

步骤二、将步骤一制备的电极棒放入真空自耗电弧熔炉进行熔炼成铸锭，熔炼过程中，预熔真空度为10^-2Pa，熔炼次数≥3次，然后将铸锭车皮、去缩口后，备用；

步骤三、将经步骤二处理后的铸锭在温度为T_β+150℃的条件下加热，然后在空气锤或压机上开坯，开坯后，坯件在温度为相变点T_β以下20~30℃的条件下放入空气锤、水压机或挤压机上，并在空气锤、水压机或挤压机上加工成板坯或锻件，制得的坯件在相变点T_β以下10℃进行热处理，完成后备用；

步骤四：板材轧制：采用冷热轧机将步骤三制备的板坯或锻件轧制为不同厚度的宽幅板材，即为成品。

以下结合实施例进一步阐释本发明。

实施例1：Ti-8Al-3V-3Sn-4Zr-3Mo-0.1Si合金

按该实施例所列成分称量原料，将8%的铝元素、3%的钒元素、3%的锡元素、4%的锆元素、3%的钼元素、0.1%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三次熔炼成合金铸锭。经T_β+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材和铸件性能见表1。

实施例2：Ti-7Al-1V-1Sn-1Zr-1Mo-0.1Si合金

按该实施例所列成分称量原料，将7%的铝元素、1%的钒元素、1%的锡元素、1%的锆元素、1%的钼元素、0.1%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三次熔炼成合金铸锭。经T_β+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材和铸件性能见表1。

实施例3：Ti-6Al-1V-1Sn-2Zr-1Mo-0.1Si合金

按该实施例所列成分称量原料，将6%的铝元素、1%的钒元素、1%的锡元素、2%的锆元素、1%的钼元素、0.1%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三次熔炼成合金铸锭。经T_β+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材和铸件性能见表1。

实施例4：Ti-5Al-1V-0.3Sn-2Zr-2Mo-0.1Si合金

按该实施例所列成分称量原料，将5%的铝元素、1%的钒元素、0.3%的锡元素、2%的锆元素、2%的钼元素、0.1%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三次熔炼成合金铸锭。经T_β+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材和铸件性能见表1。

实施例5：Ti-5Al-1V-1Sn-1Zr-1Mo-0.1Si合金

按该实施例所列成分称量原料，将5%的铝元素、1%的钒元素、1%的锡元素、1%的锆元素、1%的钼元素、0.1%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三次熔炼成合金铸锭。经T_β+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材和铸件性能见表1。

实施例6：Ti-5Al-1V-1Sn-1Zr-0.8Mo-0.1Si合金

按该实施例所列成分称量原料，将5%的铝元素、1%的钒元素、1%的锡元素、1%的锆元素、0.8%的钼元素、0.1%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三次熔炼成合金铸锭。经T_β+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材和铸件性能见表1。

实施例7：Ti-6Al-3V-3Sn-4Zr-0.3Mo-0.1Si合金

按该实施例所列成分称量原料，将6%的铝元素、3%的钒元素、3%的锡元素、4%的锆元素、0.3%的钼元素、0.1%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三次熔炼成合金铸锭。经T_β+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材和铸件性能见表1。

实施例8：Ti-6Al-3V-3Sn-0.3Zr-3Mo-0.1Si合金

按该实施例所列成分称量原料，将6%的铝元素、3%的钒元素、3%的锡元素、0.3%的锆元素、3%的钼元素、0.1%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三次熔炼成合金铸锭。经T_β+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材和铸件性能见表1。

实施例9：Ti-3Al-0.3V-3Sn-4Zr-3Mo-0.5Si合金

按该实施例所列成分称量原料，将3%的铝元素、0.3%的钒元素、3%的锡元素、4%的锆元素、3%的钼元素、0.5%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三次熔炼成合金铸锭。经T_β+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材和铸件性能见表1。

表1 为各实施例中制备的新型中强高韧耐蚀可焊钛合金的成分及性能

Claims (3)

1.一种中强高韧耐蚀可焊接合金，其特征在于：按照质量百分比由以下成分组成：Al：3.0-8.0%，V：0.3-3.0%，Sn：0.3-3.0%，Zr：0.3-4.0%，Mo：0.3-3.0%，Si：0.02-0.50%，余量为Ti。

2.如权利要求1的一种中强高韧耐蚀可焊接合金，其特征在于：所述V、Mo、Sn、Si元素采用铝钒、铝钼、铝锡和铝硅中间合金的形式加入，Al和Zr元素采用纯金属的形式加入。

3.制备如权利要求2所述的一种中强高韧耐蚀可焊接合金的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、按照权利要求2的质量百分比称取纯铝、纯锆、铝钒、铝钼、铝锡和铝硅合金，并将称取的各组分混合均匀后压制成电极棒，备用；

步骤二、将步骤一制备的电极棒放入真空自耗电弧熔炉中进行熔炼成铸锭，熔炼过程中，预熔真空度为10^-2Pa，熔炼次数≥3次，熔炼完成后将铸锭机械车皮、去缩口后，备用；

步骤三、将经步骤二处理后的铸锭在温度为T_β+150℃的条件下加热，然后在空气锤或压机上开坯，开坯后，坯件在温度为相变点T_β以下20~30℃的条件下放入空气锤、水压机或挤压机上，并在空气锤、水压机或挤压机上加工成板坯或锻件，制得的坯件在相变点T_β以下10℃进行热处理，完成后备用；

步骤四：采用冷热轧机将步骤三制备的板坯或锻件轧制为不同厚度的宽幅板材，即为产品。