CN109266878A - 一种屈服强度大于1800MPa的耐寒钛合金支架及其生产方法 - Google Patents

一种屈服强度大于1800MPa的耐寒钛合金支架及其生产方法 Download PDF

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Abstract

一种耐寒钛合金支架及其生产方法,钛合金厚度规格为10~20mm;力学性能满足屈服强度ReL:≥1550MPa,抗拉强度Rm≥1750MPa,延伸率A≥21%;‑120℃低温冲击吸收功Kv2不低于300J,并经在此温度下保持2500h后,冲击功变化波动率在1%范围以内;其化学成份按重量百分计为Tm:0.3~0.4%,Sn:0.5~0.6%,Al:3~4%,Mo:1~2%,Zr:0.6~0.8%,Si:2~3%,Cr:0.1~0.5%,Ni:0.5~1%;Ti:87.7~92.0%。本发明具有优良的力学性能和耐寒性能,具有较高的强度,可防止其因长时间在低温环境下服役导致脆性增加,从而产生断裂,引发安全事故。

Description

一种屈服强度大于1800MPa的耐寒钛合金支架及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种耐寒钛合金支架及其生产方法,更具体地,涉及一种屈服强度大于1800MPa的耐寒钛合金支架及其生产方法。
背景技术
钛合金具有高比强度,高热强度,小密度,良好的抗蚀性、低温性能和吸气性能等优点,可用于制造支架等承重结构件。现有的钛合金支架主要用于常规环境下物品和结构的支撑,耐寒性能较差。在寒带地区大重量物品支持,需要一种屈服强度大于1800MPa的耐寒钛合金支架。它一般应具有优良的力学性能和耐寒性能,也就是说该钛合金支架除了要具有较高的强度外,还必须具有优良的耐寒性能,以防止其因长时间在低温环境下服役导致脆性增加,从而产生断裂,引发安全事故。因此,只有提高钛合金基材本身的耐寒性能才是解决其低温环境使用的前提。
发明内容
本发明所要解决的问题是如何在保证钛合金具备高强度的同时还能具备很好的低温韧性,从而达到避免低温脆断的目的而提供一种耐寒钛合金支架及其生产方法,从而制备得到屈服强度大于1800MPa的耐寒钛合金支架。
根据本发明的一方面,提供了一种耐寒钛合金支架的生产方法,制造方法包括如下步骤:
步骤一、生产耐寒钛合金支架原料的方法:
(1)采用真空自耗熔炼炉进行钛合金的熔炼,经混合金料、压制电极、电极和残料焊接成自耗电极、合金化熔炼、浇注成板坯;
(2)将板坯加热,加热温度在1350~1450℃,均热时间为85~95min;
(3)进行粗轧,并控制粗轧结束温度不低于1300℃;
(4)进行精轧,并控制终轧温度在850~900℃;
(5)进行层流冷却,终冷温度为500~550℃,冷却速度:95~100℃/s;
(6)进行卷取,制得热轧板卷;
(7)进行卷取。
步骤二、耐寒钛合金支架原料精整、检验及打包;
(1)精整切边:按标准规格切取钛合金板,并切除钛板周围毛边,切割余量4~5mm;
(2)机械性能检测:对钢板取样按国标进行力学性能检验,力学性能达到屈服强度ReL:≥1550MPa,抗拉强度Rm≥1750MPa,延伸率A≥21%;
(3)、打包:用捆带进行周向和径向打包出货。
步骤三、耐寒钛合金支架的制造:
(1)采用切割机和机床将钛合金板加工成单个的带卯榫结构的单条;
(2)根据卯榫结构孔将整体支架拼装起来;
(3)采用激光对耐寒钛合金支架进行整体热处理,激光工艺参数为激光器输出功率6kw,脉冲波长为1000~1050μm,聚焦斑直径为700~800μm,热处理温度1550~1650℃,加热时间1~1.5h;
(4)采用NaCl+Na2SiO3水溶液进行淬火,其中NaCl和Na2SiO3浓度之比为5/1~7/12,其余为水;冷却速度为320~360℃/s,淬火时间为10~15s;
(5)经水洗后进行回火,回火温度为580~610℃,时间为80~90s;
(6)空冷至室温,并喷丸去除表面氧化铁皮;
(7)机械性能检测:对钢板取样按国标进行力学性能检验,力学性能达到屈服强度ReL:≥1800MPa,抗拉强度Rm≥2000MPa,延伸率A≥18%。-120℃低温冲击吸收功Kv2不低于300J,并经在此温度下保持2500h后,冲击功变化波动率在1%范围以内,抗寒性良好,产品完全满足极寒带地区大载重设备的承载用支架结构件的需要。
优选的,步骤三中,采用NaCl+Na2SiO3水溶液进行淬火,在NaCl水溶液中加入一定量的且具有冷却能力的Na2SiO3后,由于溶液的粘稠度增加,水溶液的整体冷却能力得到减缓,保证耐寒钛合金支架快速冷却,降低耐寒钛合金支架开裂的可能性。
根据本发明的另一方面,提供了上述方法制成的一种耐寒钛合金支架,钛合金厚度规格为10~20mm;力学性能满足屈服强度ReL:≥1550MPa,抗拉强度Rm≥1750MPa,延伸率A≥21%;-120℃低温冲击吸收功Kv2不低于300J,并经在此温度下保持2500h后,冲击功变化波动率在1%范围以内;其化学成份按重量百分计为Tm:0.3~0.4%,Sn:0.5~0.6%,Al:3~4%,Mo:1~2%,Zr:0.6~0.8%,Si:2~3%,Cr:0.1~0.5%,Ni:0.5~1%;Ti:87.7~92.0%。
优选的,Tm:可极大提高钛合金支架的低温冲击韧性;Sn:降低钛合金氢脆敏感性;Al:起固溶强化作用提高钛合金支架强度,同时改善其抗氧化性能;Mo:增强钛合金支架的热处理强化效果;Zr:提高钛合金支架的压力加工性能;Si:加硅具有一定的固溶强化作用;Cr和Ni:可提高钛合金支架的强度和塑形,并改善低温韧性。
本发明的有益效果是:1)Tm:可极大提高钛合金支架的低温冲击韧性;Sn:降低钛合金氢脆敏感性。Al:起固溶强化作用提高钛合金支架强度,同时改善其抗氧化性能。Mo:增强钛合金支架的热处理强化效果。Zr:提高钛合金支架的压力加工性能。Si:加硅具有一定的固溶强化作用。Cr和Ni:可提高钛合金支架的强度和塑形,并改善低温韧性;2)采用激光对耐寒钛合金支架进行整体热处理,热处理温度均匀精确可控,既可保证无加热死角,又能对关键复杂部位进行重点热处理;3)采用NaCl+Na2SiO3水溶液进行淬火,在NaCl水溶液中加入一定量的且具有冷却能力的Na2SiO3后,由于溶液的粘稠度增加,水溶液的整体冷却能力得到适当减缓,既能保证耐寒钛合金支架快速冷却,节省大量生产时间,提高生产效率,又能大幅度降低耐寒钛合金支架开裂的可能性。另外,NaCl和Na2SiO3都是普通廉价的化学物质,生产成本低;又都含有Na+,互相影响较小;又都易溶于水,有利于后学清洗,不会影响表面质量;而且这些物质本身毒性较小,对环境污染程度轻。
按照本发明生产的耐寒钛合金支架为东北、西藏、西伯利亚及极地等严寒地区的机械设备结构件的制造提供了安全可靠的耐寒钛合金结构支架。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述:
按照本发明,提供了一种耐寒钛合金支架的生产方法,该制造方法包括:
1、耐寒钛合金支架原料的制备:钛合金厚度规格为10~20mm;力学性能满足屈服强度ReL:≥1550MPa,抗拉强度Rm≥1750MPa,延伸率A≥21%;其化学成份按重量百分计为Tm:0.3~0.4%,Sn:0.5~0.6%,Al:3~4%,Mo:1~2%,Zr:0.6~0.8%,Si:2~3%,Cr:0.1~0.5%,Ni:0.5~1%;Ti:87.7~92.0%,其余为少量不可避免的杂质。
2、生产耐寒钛合金支架原料的方法,其步骤:
1)采用真空自耗熔炼炉进行钛合金的熔炼,经混合金料、压制电极、电极和残料焊接成自耗电极、合金化熔炼(熔炼温度1800~1900℃)、浇注成板坯;
2)将板坯加热,加热温度在1350~1450℃,均热时间为85~95min;
3)进行粗轧,并控制粗轧结束温度不低于1300℃;
4)进行精轧,并控制终轧温度在850~900℃;
5)进行层流冷却,终冷温度为500~550℃,冷却速度:95~100℃/s;
6)进行卷取,制得热轧板卷;
7)进行卷取。
3、耐寒钛合金支架原料精整、检验及打包。
1)精整切边:按标准规格切取钛合金板,并切除钛板周围毛边,切割余量4~5mm;
2)机械性能检测:对钢板取样按国标进行力学性能检验,力学性能达到屈服强度屈服强度ReL:≥1550MPa,抗拉强度Rm≥1750MPa,延伸率A≥21%。
G、打包:用捆带进行周向和径向打包出货。
4、耐寒钛合金支架的制造
1)采用切割机和机床将钛合金板加工成单个的带卯榫结构的单条;
2)根据卯榫结构孔将整体支架拼装起来;
3)采用激光对耐寒钛合金支架进行整体热处理,激光工艺参数为激光器输出功率6kw,脉冲波长为1000~1050μm,聚焦斑直径为700~800μm,热处理温度1550~1650℃,加热时间1~1.5h;
4)采用NaCl+Na2SiO3水溶液进行淬火,其中NaCl和Na2SiO3浓度之比为5/1~7/12,其余为水;冷却速度为320~360℃/s,淬火时间为10~15s;
5)经水洗后进行回火,回火温度为580~610℃,时间为80~90s;
6)空冷至室温,并喷丸去除表面氧化铁皮。
7)机械性能检测:对钢板取样按国标进行力学性能检验,力学性能达到屈服强度ReL:≥1800MPa,抗拉强度Rm≥2000MPa,延伸率A≥18%。-120℃低温冲击吸收功Kv2不低于300J,并经在此温度下保持2500h后,冲击功变化波动率在1%范围以内,抗寒性良好,产品完全满足极寒带地区大载重设备的承载用支架结构件的需要。
本实施例中,采用激光对耐寒钛合金支架进行整体热处理,热处理温度均匀精确可控,既可保证无加热死角,又能对关键复杂部位进行重点热处理;采用NaCl+Na2SiO3水溶液进行淬火,在NaCl水溶液中加入一定量的且具有冷却能力的Na2SiO3后,由于溶液的粘稠度增加,水溶液的整体冷却能力得到适当减缓,既能保证耐寒钛合金支架快速冷却,节省大量生产时间,提高生产效率,又能大幅度降低耐寒钛合金支架开裂的可能性。另外,NaCl和Na2SiO3都是普通廉价的化学物质,生产成本低;又都含有Na+,互相影响较小;又都易溶于水,有利于后学清洗,不会影响表面质量;而且这些物质本身毒性较小,对环境污染程度轻。按照本发明生产的耐寒钛合金支架为东北、西藏、西伯利亚及极地等严寒地区的机械设备结构件的制造提供了安全可靠的耐寒钛合金结构支架。
本发明提供了根据上述方法制成的一种耐寒钛合金支架,钛合金厚度规格为10~20mm;力学性能满足屈服强度ReL:≥1550MPa,抗拉强度Rm≥1750MPa,延伸率A≥21%;-120℃低温冲击吸收功Kv2不低于300J,并经在此温度下保持2500h后,冲击功变化波动率在1%范围以内;其化学成份按重量百分计为Tm:0.3~0.4%,Sn:0.5~0.6%,Al:3~4%,Mo:1~2%,Zr:0.6~0.8%,Si:2~3%,Cr:0.1~0.5%,Ni:0.5~1%;Ti:87.7~92.0%。
本实施例中,Tm:可极大提高钛合金支架的低温冲击韧性;Sn:降低钛合金氢脆敏感性;Al:起固溶强化作用提高钛合金支架强度,同时改善其抗氧化性能;Mo:增强钛合金支架的热处理强化效果;Zr:提高钛合金支架的压力加工性能;Si:加硅具有一定的固溶强化作用;Cr和Ni:可提高钛合金支架的强度和塑形,并改善低温韧性。
下面为本发明实施例的实验数据:
表1本发明各实施例的耐寒钛合金支架化学成分(wt%);
表2本发明各实施例的耐寒钛合金支架熔炼工艺;
表3本发明各实施例的耐寒钛合金支架轧制工艺;
表4本发明各实施例的耐寒钛合金支架原料力学性能;
表5本发明各实施例的耐寒钛合金支架激光热处理工艺;
表6本发明各实施例的耐寒钛合金支架性能。
表1本发明各实施例的耐寒钛合金支架化学成分(wt%)
表2本发明各实施例的耐寒钛合金支架熔炼工艺
实施例 熔炼温度(℃)
1 1810
2 1860
3 1870
4 1800
5 1820
6 1900
表3本发明各实施例的耐寒钛合金支架轧制工艺
表4本发明各实施例的耐寒钛合金支架原料力学性能
表5本发明各实施例的耐寒钛合金支架激光热处理工艺
表6本发明各实施例的耐寒钛合金支架性能
从表6中可以看出,本发明申请的耐寒钛合金支架,其屈服强度为1800~1910MPa,抗拉强度为2000~2100MPa,延伸率为18~21%,-120℃低温冲击吸收功Kv2为313~326J,-120℃保持2500h后,冲击功变化波动率为0.4~1.0%,说明耐寒性能良好,产品性能完全满足使用要求。
上述实施例仅为最佳举例,而并非是对本发明的实施方案的限定。

Claims (5)

1.一种耐寒钛合金支架的生产方法,制作方法包括如下步骤:
步骤一、制作耐寒钛合金支架原料的方法:
(1)采用真空自耗熔炼炉进行钛合金的熔炼,经混合金料、压制电极、电极和残料焊接成自耗电极、合金化熔炼、浇注成板坯;
(2)将板坯加热,加热温度在1350~1450℃,均热时间为85~95min;
(3)进行粗轧,并控制粗轧结束温度不低于1300℃;
(4)进行精轧,并控制终轧温度在850~900℃;
(5)进行层流冷却,终冷温度为500~550℃,冷却速度:95~100℃/s;
(6)进行卷取,制得热轧板卷;
(7)进行卷取;
步骤二、耐寒钛合金支架原料精整、检验及打包;
(1)精整切边:按标准规格切取钛合金板,并切除钛板周围毛边,切割余量4~5mm;
(2)机械性能检测:对钢板取样按国标进行力学性能检验,力学性能达到屈服强度ReL:≥1550MPa,抗拉强度Rm≥1750MPa,延伸率A≥21%;
(3)、打包:用捆带进行周向和径向打包出货;
步骤三、耐寒钛合金支架的制作:
(1)采用切割机和机床将钛合金板加工成单个的带卯榫结构的单条;
(2)根据卯榫结构孔将整体支架拼装起来;
(3)采用激光对耐寒钛合金支架进行整体热处理,激光工艺参数为激光器输出功率6kw,脉冲波长为1000~1050μm,聚焦斑直径为700~800μm,热处理温度1550~1650℃,加热时间1~1.5h;
(4)采用NaCl+Na2SiO3水溶液进行淬火,其中NaCl和Na2SiO3浓度之比为5/1~7/12,其余为水;冷却速度为320~360℃/s,淬火时间为10~15s;
(5)经水洗后进行回火,回火温度为580~610℃,时间为80~90s;
(6)空冷至室温,并喷丸去除表面氧化铁皮;
(7)进行机械性能检测。
2.根据权利要求1所述的一种耐寒钛合金支架的生产方法,其特征在于:步骤三中,采用NaCl+Na2SiO3水溶液进行淬火,在NaCl水溶液中加入一定量的且具有冷却能力的Na2SiO3后,由于溶液的粘稠度增加,水溶液的整体冷却能力得到减缓,保证耐寒钛合金支架快速冷却,降低耐寒钛合金支架开裂的可能性。
3.根据权利要求1所述的一种耐寒钛合金支架的生产方法,其特征在于:步骤三中,机械性能检测时,对钢板取样按国标进行力学性能检验,力学性能达到屈服强度ReL:≥1800MPa,抗拉强度Rm≥2000MPa,延伸率A≥18%;-120℃低温冲击吸收功Kv2不低于300J,并经在此温度下保持2500h后,冲击功变化波动率在1%范围以内,抗寒性好。
4.根据权利要求1至3所述的一种耐寒钛合金支架的生产方法制成的耐寒钛合金支架,其特征在于:钛合金厚度规格为10~20mm;力学性能满足屈服强度ReL:≥1550MPa,抗拉强度Rm≥1750MPa,延伸率A≥21%;-120℃低温冲击吸收功Kv2不低于300J,并经在此温度下保持2500h后,冲击功变化波动率在1%范围以内;其化学成份按重量百分计为Tm:0.3~0.4%,Sn:0.5~0.6%,Al:3~4%,Mo:1~2%,Zr:0.6~0.8%,Si:2~3%,Cr:0.1~0.5%,Ni:0.5~1%;Ti:87.7~92.0%。
5.根据权利要求4所述的一种耐寒钛合金支架,其特征在于:Tm:可提高钛合金支架的低温冲击韧性;Sn:降低钛合金氢脆敏感性;Al:起固溶强化作用提高钛合金支架强度,同时改善其抗氧化性能;Mo:增强钛合金支架的热处理强化效果;Zr:提高钛合金支架的压力加工性能;Si:加硅具有固溶强化作用;Cr和Ni:可提高钛合金支架的强度和塑形,并改善低温韧性。
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