CN106947904A - 一种用于tb9钛合金的铝钒钼铬锆中间合金及其制备方法 - Google Patents

一种用于tb9钛合金的铝钒钼铬锆中间合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于TB9钛合金制备的铝钼钒铬铁五元素中间合金，包括组份为Mo：15～20％，V：30～35％，Cr：20～25％，Zr：15～20％，余量为Al及不可避免的杂质，所述的百分比为重量百分比，该中间合金适用TB9钛合金的制备，一方面可有效地降低铸锭熔炼过程中高熔点元素Mo、Cr形成高密度夹杂偏析缺陷的概率，另一方面，还可以保证钛合金铸锭和钛材的成分均匀性。

Description

一种用于TB9钛合金的铝钒钼铬锆中间合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于TB9钛合金制备的铝钼钒铬铁五元素中间合金及其制备方法。
背景技术
TB9钛合金是一种高强度、深加工硬化性的亚稳β钛合金，在航空、海洋领域都有广泛的应用，其组成元素特点是元素多元化及高含量化。
TB9钛合金主要合金元素含有Mo、Cr、V高熔点元素，如果这些元素以金属单质方式加入，因熔点高低不同，熔炼时电极块中各原料的融化速率也会不同，易导致高密度金属未能全部融入，造成高密度夹杂(图1所示)或偏析(图2和图3所示)。这些缺陷给钛合金的应用带来风险，钛合金制成零件后会因为夹杂或偏析引起裂纹源，从而在零部件服役状态下造成异常断裂。因此，单独加入纯金属元素到钛合金中，是不可取的。
因此，通常做法是，采用40Al-60Mo、15Al-85V、金属Cr、金属锆等二元中间合金或单种金属的方式物理混合，作为合金元素的添加方式。这种方式可适当降低Mo、V元素偏析的风险。但40Al-60Mo、15Al-85V、金属Cr等一元或二元中间合金中高熔点高密度元素的含量仍然占有较高比例，虽经过二次或三次的真空自耗熔炼，但仍然存在高熔点高密度元素融化不充分的隐患，影响其成分均匀性，降低其使用效果。
发明内容
本发明提供了一种用于TB9钛合金的铝钒钼铬锆中间合金及其制备方法，以解决现有技术中所存在的上述问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于TB9钛合金的铝钒钼铬锆中间合金，其包括：按重量百分数计的如下元素：
Mo：15～20％，V：30～35％，Cr：20～25％，Zr：15～20％，余量为Al及不可避免的杂质元素。
作为优选方案，各所述元素的重量百分数分别为：
Mo：15～16.1％，V：30～31.2％，Cr：20～23％，Zr：15～15.8％。
作为优选方案，各所述元素的重量百分数分别为：
Mo：16～17.1％，V：31.2～32％，Cr：23～24.1％，Zr：15.8～17％。
作为优选方案，各所述元素的重量百分数分别为：
Mo：17.1～20％，V：32.2～33.2％，Cr：24.1～25％，Zr：17～20％。
作为优选方案，各所述元素的重量百分数分别为：
Mo：17.1～20％，V：33.2～35％，Cr：24.1～25％，Zr：17～20％。
一种如本发明所述的用于TB9钛合金的铝钒钼铬锆中间合金的制备方法，其包括如下步骤：
将Al粉末、MoO3粉末、V2O5粉末、Cr粉末、Zr粉末以及助剂混合均匀后，通过铝热反应进行第一次熔炼，得到初级产品；
在所述初级产品中添加入Cr粉末和Zr粉末，混匀后，在1450～1650℃下进行真空感应熔炼；
在真空状态下进行浇注，然后，进行后处理，得到颗粒型的铝钼钒铬锆产品。
作为优选方案，所述助剂包括CaF2和KClO3。
作为优选方案，各原料的加入量以MoO3粉末配入1.00Kg为基准量，则第一次熔炼时，V2O5粉末加入2.40～3.00Kg，Al粉末加入0.50～1.00Kg；CaF2加入0.20～0.50Kg，KClO3加入0.20～0.40Kg；
真空感应熔炼时同样以MoO3粉末配入1.00Kg为基准量，添加的Cr粉末1.00～1.50Kg，Zr粉末0.67～1.00Kg。
作为优选方案，所述真空感应熔炼的真空度小于0.67Pa，且控制炉料熔化后在1500℃以上保持短时沸腾熔炼10～15分钟。
作为优选方案，所述后处理的步骤包括精整、破碎和精选。
因此，本发明的的优点在于：
由于该中间合金采用了真空感应熔炼，难熔金属在加入钛合金之前都经过了充分熔融，在钛合金熔炼过程中避免了由于金属单质熔点不一致导致的熔炼电流不稳定的现象，提高了熔炼过程的稳定性，有效地降低高熔点元素Mo、V、Cr形成高密度夹杂偏析缺陷的概率，保证钛合金铸锭和钛材的成分均匀性，并提高了生产效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为钛合金中的高密度夹杂缺陷(放大500倍)；
图2为钛合金中的偏析缺陷放大500倍的显微图；
图3为钛合金中的偏析缺陷放大50倍的显微图；
图4为本发明中实施例1钛合金的显微组织(放大100倍)；
图5为本发明中实施例2钛合金的显微组织(放大100倍)；
图6为本发明中实施例3钛合金的显微组织(放大100倍)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
以Al、MoO3、V2O5、CrO3、Zr、CaF2、KClO3等为原料，以MoO3粉末配入1.00Kg为基准量，则V2O5粉末加入2.60Kg，Al粉末加入0.95Kg；CaF2加入0.35Kg，KClO3加入0.30Kg，将原料充分混合后，在常温下装炉，通过铝热反应进行第一次熔炼；
将第一次熔炼得到的初级产品，再添加Cr粉末1.20Kg，Zr粉末0.80Kg，一起置于真空感应炉内进行熔炼，并在真空状态下进行浇注。浇注结束后，进行精整、破碎、精选等工序，最后形成1-6mm颗粒度铝钼钒铬锆产品。
产品成分为：Al：10.2％，Mo：16.1％，V：32.0％，Cr：24.1％，Zr：15.8％，其余为杂质。将该中间合金与海绵钛、铝丝原料按照一定比例混和后，经过原料搅拌、模具挤压以及电极块焊接等步骤制成真空自耗熔炼用的钛合金电极，通过真空自耗三次熔炼后得到成分为Ti-3.4Al-8.0V-6.0Cr-4.0Mo-3.9Zr的多元素高含量的高强高韧钛合金，其锻造、热处理后的显微组织如图4所示，力学性能如表1所示，这组力学性能强度和塑性达到比较均衡的匹配，可以满足海洋平台管材用钛合金的要求。
实施例2
以Al、MoO3、V2O5、CrO3、Zr、CaF2、KClO3等为原料，以MoO3粉末配入1.00Kg为基准量，则V2O5粉末加入2.90Kg，Al粉末加入0.50Kg；CaF2加入0.45Kg，KClO3加入0.40Kg，将原料充分混合后，在常温下装炉，通过铝热反应进行第一次熔炼；
将第一次熔炼得到的初级产品，再添加Cr粉末1.40Kg，Zr粉末1.00Kg。一起置于真空感应炉内进行熔炼，并在真空状态下进行浇注。浇注结束后，进行精整、破碎、精选等工序，最后形成1-6mm颗粒度铝钼钒铬锆产品。
产品成分为：Al：5.0％，Mo：17.1％，V：33.2％，Cr：25.0％，Zr：17.0％，其余为杂质。将该中间合金与海绵钛、铝丝、TiO2等原料按一定比例混和后，经过原料搅拌、模具挤压以及电极块焊接等步骤制成真空自耗熔炼用的钛合金电极，通过真空自耗三次熔炼后得到成分为Ti-3.8Al-8.3V-6.3Cr-4.3Mo-4.3Zr-0.09O的多元素高含量的高强高韧钛合金，其锻造、热处理后的显微组织如图5所示，力学性能如表1所示，这组成分、热处理后性能具有强度高的特点，适用于某些有特殊强度要求的航空航天部件制造。
实施例3
以Al、MoO3、V2O5、CrO3、Zr、CaF2、KClO3等为原料，以MoO3粉末配入1.00Kg为基准量，则V2O5粉末加入2.45Kg，Al粉末加入0.75Kg；CaF2加入0.25Kg，KClO3加入0.25Kg，将原料充分混合后，在常温下装炉，通过铝热反应进行第一次熔炼；
将第一次熔炼得到的初级产品，再添加Cr粉末1.05Kg，Zr粉末0.70Kg。一起置于真空感应炉内进行熔炼，并在真空状态下进行浇注。浇注结束后，进行精整、破碎、精选等工序，最后形成1-6mm颗粒度铝钼钒铬锆产品。产品成分为：Al：8.0％，Mo：15.0％，V：31.2％，Cr:23.0％，Zr:15.0％，其余为杂质。将该中间合金与海绵钛、铝丝、TiO2等原料按一定比例混和后，经过原料搅拌、模具挤压以及电极块焊接等步骤制成真空自耗熔炼用的钛合金电极，通过真空自耗三次熔炼后得到成分为Ti-3.2Al-7.8V-5.8Cr-3.8Mo-3.8Zr-0.09O的多元素高含量的高强高韧钛合金，其锻造、热处理后的显微组织如图6所示，力学性能如表1所示，第三组热处理后性能强度略低，但塑性较好，常可用于制造紧固件产品。
表1多元素高含量钛合金的力学性能
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种用于TB9钛合金的铝钒钼铬锆中间合金，其特征在于，包括：按重量百分数计的如下元素：
Mo：15～20％，V：30～35％，Cr：20～25％，Zr：15～20％，余量为Al及不可避免的杂质元素。
2.如权利要求1所述的用于TB9钛合金的铝钒钼铬锆中间合金，其特征在于，各所述元素的重量百分数分别为：
Mo：15～16.1％，V：30～31.2％，Cr：20～23％，Zr：15～15.8％。
3.如权利要求1所述的用于TB9钛合金的铝钒钼铬锆中间合金，其特征在于，各所述元素的重量百分数分别为：
Mo：16～17.1％，V：31.2～32％，Cr：23～24.1％，Zr：15.8～17％。
4.如权利要求1所述的用于TB9钛合金的铝钒钼铬锆中间合金，其特征在于，各所述元素的重量百分数分别为：
Mo：17.1～20％，V：32.2～33.2％，Cr：24.1～25％，Zr：17～20％。
5.如权利要求1所述的用于TB9钛合金的铝钒钼铬锆中间合金，其特征在于，各所述元素的重量百分数分别为：
Mo：17.1～20％，V：33.2～35％，Cr：24.1～25％，Zr：17～20％。
6.一种如权利要求1～5中任意一项所述的用于TB9钛合金的铝钒钼铬锆中间合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将Al粉末、MoO3粉末、V2O5粉末、Cr粉末、Zr粉末以及助剂混合均匀后，通过铝热反应进行第一次熔炼，得到初级产品；
在所述初级产品中添加入Cr粉末和Zr粉末，混匀后，在1450～1650℃下进行真空感应熔炼；
在真空状态下进行浇注，然后，进行后处理，得到颗粒型的铝钼钒铬锆产品。
7.如权利要求6所述的用于TB9钛合金的铝钒钼铬锆中间合金的制备方法，其特征在于，所述助剂包括CaF2和KClO3。
8.如权利要求7所述的用于TB9钛合金的铝钒钼铬锆中间合金的制备方法，其特征在于，各原料的加入量以MoO3粉末配入1.00Kg为基准量，则第一次熔炼时，V2O5粉末加入2.40～3.00Kg，Al粉末加入0.50～1.00Kg；CaF2加入0.20～0.50Kg，KClO3加入0.20～0.40Kg；
真空感应熔炼时同样以MoO3粉末配入1.00Kg为基准量，添加的Cr粉末1.00～1.50Kg，Zr粉末0.67～1.00Kg。
9.如权利要求6所述的用于TB9钛合金的铝钒钼铬锆中间合金的制备方法，其特征在于：所述真空感应熔炼的真空度小于0.67Pa，且控制炉料熔化后在1500℃以上保持短时沸腾熔炼10～15分钟。
10.如权利要求6所述的用于TB9钛合金的铝钒钼铬锆中间合金的制备方法，其特征在于：所述后处理的步骤包括精整、破碎和精选。
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