CN107335765B - 一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针及其制造方法，其特征在于，所述钛合金穿孔针材料的组分及各组分的质量百分比为：钒2.2%~3.8%、铝4.6%~5.3%、铜0.5%~1.2%、锡0.6%~1.1%、铬1.7%~2.2%，余量为钛和不可避免杂质。其硬度高、耐腐蚀、寿命长，可适应高硬度材料的生产加工。

Description

一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种穿孔针，具体涉及一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针。
背景技术
钛是近几十年发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。对钛合金的研究尤以美国与俄罗斯发展较快。
随着技术的成熟，金属钛的价格也逐渐降低，钛的应用也逐渐普及到各种工业领域。
无缝材料穿孔机，对穿孔针强度与寿命要求较高。现有技术，穿孔针主要采用铁合金制作。但是再一些高强度金属加工过程中，铁合金的强度和韧性很难同时满足要求。因此，需要一种用于无缝材料穿孔机的高强度穿孔针。
发明内容
为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针，其硬度高、耐腐蚀、寿命长，可适应更多材料加工。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针，所述钛合金穿孔针材料的组分及各组分的质量百分比为：钒2.2%~3.8%、铝4.6%~5.3%、铜0.5%~1.2%、锡0.6%~1.1%、铬1.7%~2.2%，余量为钛和不可避免杂质。本发明强度及韧性都可以满足穿孔针需求，使穿孔针的使用寿命增加。
制备如权利要求1所述的一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针的方法，其特征在于，包括以下步骤：a)钛合金材料的制备：①压制初始电极，按照各组分比例将海绵钛、纯铝、纯铜、纯锡、铝钒合金等原料压制成电极；②熔炼，将电极置于真空自耗电弧炉中熔炼，结晶后得到过程原料；③压制过程电极，将过程原料压制成电极；④出胚，将熔炼完成后的原料制成钛锭；⑤将所述上述步骤按照压制初始电极-熔炼-压制过程电极-熔炼-压制过程电极-熔炼-出胚的顺序进行；b)穿孔针的制备：⑴采用热轧法处理钛锭制取穿孔针胚；然后，将穿孔针胚湿法球磨18~20小时；⑵将步骤⑴得到的穿孔针胚煅烧20~45分钟，煅烧完成后冷却至18~24℃室温；⑶接着，将冷却后的穿孔针胚放入浓度为23%硝酸浸泡20~50分钟，浸泡完成后取出并用蒸馏水冲洗穿孔针胚，然后将穿孔针胚放入浓度为23%烧碱溶液中继续浸泡20~40分钟，取出后再次用蒸馏水冲洗穿孔针胚，并烘干；⑷将步骤⑶得到的穿孔针胚经过湿法球磨18~20小时；⑸将步骤⑷得到的穿孔针胚过目筛、烘干、抛光，最终得到一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针。
作为上述方案的进一步改进，所述钛合金材料的制备过程步骤②中真空自耗电弧炉中的熔炼温度控制在1470℃~1670℃。
作为上述方案的进一步改进，所述穿孔针的制备步骤⑵煅烧温度控制在作为上述方案的进一步改进，所述穿孔针的制备步骤⑶、步骤⑷烘干温度控制在45℃~55℃。
作为上述方案的进一步改进，所述穿孔针的制备步骤⑶烘干过程将穿孔针胚浸入油中。该设置可以有效防止穿孔针胚在制作过程中氧化。
作为上述方案的进一步改进，所述穿孔针的制备步骤⑵中煅烧后的穿孔针胚经淬火处理。淬火处理可以提高合金硬度。
作为上述方案的进一步改进，所述淬火处理采用油淬。
作为上述方案的进一步改进，所述淬火处理后，所述穿孔针胚经过回火处理。该设置可以较好的降低穿孔针胚的应力。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明涉及的钛合金的密度仅为钢的60％左右，钛合金结构钢的强度，比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料。因此，本发明的强度高，能够加工高强度的原材料，具有更加广泛的适用性。
2、本发明涉及的钛合金使用温度高，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度。工作温度高的性质，能保证本发明在连续工作温度升高的情况下依然保持高强度。可以大幅提高生产效率。
3、本发明涉及的钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。优秀的抗腐蚀性，能够使本发明适应更多恶劣的工作环境，也能有效延长本发明的使用寿命，从而节约生产成本。
具体实施方式
以下将结合实施方式和附图对本发明创造的构思、具体结构及产生的具体效果进行清除、完整的描述，以充分的理解本发明创造的目的、特征和效果。本发明创造的各项技术特征，在不互相矛盾冲突的前提可以交互组合。
一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针，所述钛合金穿孔针材料的组分及各组分的质量百分比为：钒2.2%~3.8%、铝4.6%~5.3%、铜0.5%~1.2%、锡0.6%~1.1%、铬1.7%~2.2%，余量为钛和不可避免杂质。
序号 钒 铝 铜 锡 铬
实施例一 2.2 4.6 0.5 0.6 1.7
实施例二 2.9 4.9 0.9 0.8 1.9
实施例三 3.8 5.3 1.2 1.1 2.2
表格 1实施例所述穿孔针材料各组分质量百分比（单位：wt%）
实施例四、制备实施例二所述的一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针的方法，包括以下步骤：a)钛合金材料的制备：①压制初始电极，按照各组分比例将海绵钛、纯铝、纯铜、纯锡、铝钒合金等原料压制成电极；②熔炼，将电极置于真空自耗电弧炉中熔炼，结晶后得到过程原料；③压制过程电极，将过程原料压制成电极；④出胚，将熔炼完成后的原料制成钛锭；⑤将所述上述步骤按照压制初始电极-熔炼-压制过程电极-熔炼-压制过程电极-熔炼-出胚的顺序进行；b)穿孔针的制备：⑴采用热轧法处理钛锭制取穿孔针胚；然后，将穿孔针胚湿法球磨18小时；⑵将步骤⑴得到的穿孔针胚煅烧20分钟，煅烧完成后冷却至18℃室温；⑶接着，将冷却后的穿孔针胚放入浓度为23%硝酸浸泡20分钟，浸泡完成后取出并用蒸馏水冲洗穿孔针胚，然后将穿孔针胚放入浓度为23%烧碱溶液中继续浸泡20分钟，取出后再次用蒸馏水冲洗穿孔针胚，并烘干；⑷将步骤⑶得到的穿孔针胚经过湿法球磨18小时；⑸将步骤⑷得到的穿孔针胚过目筛、烘干、抛光，最终得到一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针。
作为上述方案的进一步改进，所述钛合金材料的制备过程步骤②中真空自耗电弧炉中的熔炼温度控制在1470℃。
作为上述方案的进一步改进，所述穿孔针的制备步骤⑵煅烧温度控制在作为上述方案的进一步改进，所述穿孔针的制备步骤⑶、步骤⑷烘干温度控制在45℃。
实施例五、制备实施例二所述的一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针的方法，其特征在于，包括以下步骤：a)钛合金材料的制备：①压制初始电极，按照各组分比例将海绵钛、纯铝、纯铜、纯锡、铝钒合金等原料压制成电极；②熔炼，将电极置于真空自耗电弧炉中熔炼，结晶后得到过程原料；③压制过程电极，将过程原料压制成电极；④出胚，将熔炼完成后的原料制成钛锭；⑤将所述上述步骤按照压制初始电极-熔炼-压制过程电极-熔炼-压制过程电极-熔炼-出胚的顺序进行；b)穿孔针的制备：⑴采用热轧法处理钛锭制取穿孔针胚；然后，将穿孔针胚湿法球磨19小时；⑵将步骤⑴得到的穿孔针胚煅烧30分钟，煅烧完成后冷却至21℃室温；⑶接着，将冷却后的穿孔针胚放入浓度为23%硝酸浸泡33分钟，浸泡完成后取出并用蒸馏水冲洗穿孔针胚，然后将穿孔针胚放入浓度为23%烧碱溶液中继续浸泡30分钟，取出后再次用蒸馏水冲洗穿孔针胚，并烘干；⑷将步骤⑶得到的穿孔针胚经过湿法球磨19小时；⑸将步骤⑷得到的穿孔针胚过目筛、烘干、抛光，最终得到一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针。
作为上述方案的进一步改进，所述钛合金材料的制备过程步骤②中真空自耗电弧炉中的熔炼温度控制在1565℃。
作为上述方案的进一步改进，所述穿孔针的制备步骤⑵煅烧温度控制在作为上述方案的进一步改进，所述穿孔针的制备步骤⑶、步骤⑷烘干温度控制在50℃。
实施例六、制备实施例二所述的一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针的方法，其特征在于，包括以下步骤：a)钛合金材料的制备：①压制初始电极，按照各组分比例将海绵钛、纯铝、纯铜、纯锡、铝钒合金等原料压制成电极；②熔炼，将电极置于真空自耗电弧炉中熔炼，结晶后得到过程原料；③压制过程电极，将过程原料压制成电极；④出胚，将熔炼完成后的原料制成钛锭；⑤将所述上述步骤按照压制初始电极-熔炼-压制过程电极-熔炼-压制过程电极-熔炼-出胚的顺序进行；b)穿孔针的制备：⑴采用热轧法处理钛锭制取穿孔针胚；然后，将穿孔针胚湿法球磨20小时；⑵将步骤⑴得到的穿孔针胚煅烧45分钟，煅烧完成后冷却至24℃室温；⑶接着，将冷却后的穿孔针胚放入浓度为23%硝酸浸泡50分钟，浸泡完成后取出并用蒸馏水冲洗穿孔针胚，然后将穿孔针胚放入浓度为23%烧碱溶液中继续浸泡40分钟，取出后再次用蒸馏水冲洗穿孔针胚，并烘干；⑷将步骤⑶得到的穿孔针胚经过湿法球磨20小时；⑸将步骤⑷得到的穿孔针胚过目筛、烘干、抛光，最终得到一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针。
作为上述方案的进一步改进，所述钛合金材料的制备过程步骤②中真空自耗电弧炉中的熔炼温度控制在1670℃。
作为上述方案的进一步改进，所述穿孔针的制备步骤⑵煅烧温度控制在作为上述方案的进一步改进，所述穿孔针的制备步骤⑶、步骤⑷烘干温度控制在55℃。
作为上述方案的进一步改进，所述穿孔针的制备步骤⑶烘干过程将穿孔针胚浸入油中。该设置可以有效防止穿孔针胚在制作过程中氧化。
作为上述方案的进一步改进，所述穿孔针的制备步骤⑵中煅烧后的穿孔针胚经淬火处理。淬火处理可以提高合金硬度。
作为上述方案的进一步改进，所述淬火处理采用油淬。
作为上述方案的进一步改进，所述淬火处理后，所述穿孔针胚经过回火处理。该设置可以较好的降低穿孔针胚的应力。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (8)

1.一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针，其特征在于，所述钛合金穿孔针材料的组分及各组分的质量百分比为：钒2.2%~3.8%、铝4.6%~5.3%、铜0.5%~1.2%、锡0.6%~1.1%、铬1.7%~2.2%，余量为钛和不可避免杂质；无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针的制备方法，包括以下步骤：
a)钛合金材料的制备：
①压制初始电极，按照各组分比例将海绵钛、纯铝、纯铜、纯锡、铝钒合金压制成电极；
②熔炼，将电极置于真空自耗电弧炉中熔炼，结晶后得到过程原料；
③压制过程电极，将过程原料压制成电极；
④出胚，将熔炼完成后的原料制成钛锭；
⑤将所述上述步骤按照压制初始电极-熔炼-压制过程电极-熔炼-压制过程电极-熔炼-出胚的顺序进行；
b)穿孔针的制备：
⑴采用热轧法处理钛锭制取穿孔针胚；然后，将穿孔针胚湿法球磨18~20小时；
⑵将步骤⑴得到的穿孔针胚煅烧20~45分钟，煅烧完成后冷却至18~24℃室温；
⑶接着，将冷却后的穿孔针胚放入浓度为23%硝酸浸泡20~50分钟，浸泡完成后取出并用蒸馏水冲洗穿孔针胚，然后将穿孔针胚放入浓度为23%烧碱溶液中继续浸泡20~40分钟，取出后再次用蒸馏水冲洗穿孔针胚，并烘干；
⑷将步骤⑶得到的穿孔针胚经过湿法球磨18~20小时；
⑸将步骤⑷得到的穿孔针胚过目筛、烘干、抛光，最终得到一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针。
2.根据权利要求1所述的一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针，其特征在于：所述钛合金材料的制备过程步骤②中真空自耗电弧炉中的熔炼温度控制在1470℃~1670℃。
3.根据权利要求1所述的一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针，其特征在于：所述穿孔针的制备步骤⑵煅烧温度控制在1020℃~1050℃。
4.根据权利要求1所述的一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针，其特征在于：所述穿孔针的制备步骤⑶、步骤⑷烘干温度控制在45℃~55℃。
5.根据权利要求1所述的一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针，其特征在于：所述穿孔针的制备步骤⑶烘干过程将穿孔针胚浸入油中。
6.根据权利要求1所述的一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针，其特征在于：所述穿孔针的制备步骤⑵中煅烧后的穿孔针胚经淬火处理。
7.根据权利要求6所述的一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针，其特征在于：所述淬火处理采用油淬。
8.根据权利要求6所述的一种用于无缝材料穿孔机的钛合金穿孔针，其特征在于：所述淬火处理后，所述穿孔针胚经过回火处理。
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