CN111321318A - 一种抗空蚀钛合金及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗空蚀钛合金及其制备工艺，所述抗空蚀钛合金的成分重量百分比为C：0.05％～0.053％；Fe：0.09％～0.11％；O：0.08％～0.11％；Mo：9.8％～10.2％；首先将重量百分比为90％的海绵钛和10％的钼粉机械混合并压制成直径40‑60mm的圆棒；然后将压制的圆棒在真空自耗炉中进行熔炼，反复熔炼3‑5次，得到直径为100‑120mm的TiMo铸态合金；将所得TiMo铸态合金在电炉内加热到850‑900℃，保温1.5‑2小时，进行锻造处理，锻造变形量为85％‑95％；随后锻件在700‑750℃退火处理1.5‑2小时，最终得到抗空蚀性能优异的TiMo合金。所得钛合金自身具有很高的强度和韧性，其抗空蚀能力比现有的TC4抗空蚀能力超出2‑3倍。

Description

一种抗空蚀钛合金及其制备工艺
技术领域
本发明涉及材料工程领域，特别涉及一种抗空蚀钛合金及其制备工艺。
背景技术
空蚀最早是在英国“果敢”号军舰螺旋桨上被发现的，但是认为空蚀是由海水的腐蚀所造成的，但是后来发现螺旋桨在纯净水中仍然后发生空蚀现象，这表明空蚀是一种力学行为结果，与腐蚀有相关性。从空蚀发现至今约有150余年了，至今没有一个很好的解决方案，一直困扰着工程界和科技界。每年空蚀损伤可以给工农业部门造成严重的经济损失。
发明内容
为了提高钛合金的抗空蚀能力，本发明的目的在于提供一种抗空蚀钛合金及其制备工艺，所得钛合金自身具有很高的强度和韧性，其抗空蚀能力比现有的TC4抗空蚀能力超出2-3倍。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种抗空蚀钛合金,所述钛合金的成分重量百分比为：
C：0.05％～0.053％；
Fe：0.09％～0.11％；
O：0.08％～0.11％；
Mo：9.8％～10.2％；
以及余量Ti。
优选的，所述抗空蚀钛合金的成分重量百分比为：C：0.05％；Fe：0.1％；O：0.1％；Mo：9.8％以及余量Ti。
优选的，所述抗空蚀钛合金的成分重量百分比为：C：0.051％；Fe：0.11％；O：0.1％；Mo：9.9％以及余量Ti。
优选的，所述抗空蚀钛合金的成分重量百分比为：C：0.053；Fe：0.09％；O：0.08％；Mo：10.2％以及余量Ti。
本发明还提出一种抗空蚀钛合金的制备工艺，所述制备工艺包括如下步骤：
S1、首先将重量百分比为90％的海绵钛和10％的钼粉机械混合并压制成直径40-60mm的圆棒；
S2、然后将压制的圆棒在真空自耗炉中进行熔炼，反复熔炼3-5次，得到直径为100-120mm的TiMo铸态合金；
S3、将所得TiMo铸态合金在电炉内加热到850-900℃，保温1.5-2小时，进行锻造处理，锻造变形量为85％-95％；随后锻件在700-750℃退火处理1.5-2小时，最终得到抗空蚀性能优异的TiMo合金。
通过本发明所提及的一种抗空蚀钛合金及其制备工艺，通过改变合金中钼元素的含量，经过锻压和固溶处理加工后合金的弹性模量显著增强。实际使用环境中的电化学腐蚀、空蚀和噪声实验结果表明，合金的抗空蚀性能和耐电化学腐蚀能力显著提高，同时合金空蚀过程中的噪声水平大大下降。表明该钛钼可以作为一种抗空蚀合金加以推广。
附图说明
图1是纯钛、TC4以及Ti10Mo合金在0.1MH2SO4溶液中空蚀失重量与空蚀时间的关系曲线图，
其中，X1为Ti10Mo合金的抗空蚀性能效果曲线；X2为TC4合金的抗空蚀性能效果曲线；X3为Ti合金的抗空蚀性能效果曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。在此需要说明的是，下面所描述的本发明各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
空蚀发生的原因是由于低压区所形成的微气泡在高压区溃灭后所形成高速微射流打击材料表面，进而造成材料表面的严重损伤。空蚀是造成水轮机、汽轮机、水电站建筑等重大能源装备运行失效的主要损伤形式。空蚀过程中所产生的噪声可以使潜艇、鱼雷等水下兵器暴露行踪，从而严重制约舰船和潜艇以及鱼雷等水中兵器作战性能的提高。因此，提高材料的抗空蚀性能不仅具有显著的经济效益同时对提高水中兵器的作战性能具有非常显著的理论指导意义。空泡溃灭所形成的的微射流具有高速、高频、持续时间长等特点，因此，空蚀对材料的破坏力极强。钛合金具有优异的耐腐蚀性能和力学性能，其常用于换热器管道、阀门、弯头等关键过流部件的制造。同时，钛合金还大量用于超声波清洗设备的变幅杆，对于超声波清洗设备而言，变幅杆材料强的抗空蚀性能是清洗设备长寿命的关键所在，而目前所用的变幅杆材料大都采用TC4材料，从实际应用来看，TC4的抗空蚀性能一般。因此，有必要研制一种抗空蚀钛合金材料以提高超声波设备的使用寿命。
如上所述空蚀过程是一种力学行为过程，其发生过程主要是由于流体中存在的空气、蒸汽微团及固体颗粒等异相介质在高速流体的低压区容易产生空化，形成空泡。当形成的空泡进人高压区后受到压缩而溃灭，便产生一种频率很高、压力很大的微射流或冲击波打击试样表面，即产生空蚀破坏。在微射流打击材料表面过程中，如果材料的屈服强度大于微射流的打击强度且材料没有应变速率敏感性，则这种材料的抗空蚀性能必然优异。除此之外，如果材料的固有频率不接近微射流的打击频率时，材料的抗空蚀性能也必然优异。由此可见，材料的抗空蚀性能涉及面很广。为了研制抗空蚀性能优异的钛合金，我们制备了钛钼合金，图1是研制的Ti10Mo合金、纯钛以及TC4三种材料在0.1MH2SO4溶液中空蚀不同时间后的失重情况。很明显，Ti10Mo合金的抗空蚀性能要明显优于纯钛和TC4合金。
下面提供几个具体实施例对本发明作进一步的说明.
实施例1：
一种抗空蚀钛合金及其制备工艺：首先将重量百分比为90％的海绵钛和10％的钼粉机械混合并压制成直径60mm的圆棒，然后将压制的圆棒在真空自耗炉中进行熔炼，反复熔炼3次，最后得到直径为120mm的TiMo铸态合金。所得铸态合金在电炉内加热到850℃，保温2小时，然后进行锻造处理，锻造变形量为95％。随后锻件在720℃下退火处理2小时，最终得到抗空蚀性能优异的TiMo合金。
按照本发明的制备工艺制得的耐空蚀合金含重量百分比为：
1#样：0.05％C，0.1％Fe，0.1％O，9.8％Mo以及余量Ti；
2#样：0.049％C，0.098％Fe，0.11％O，10％Mo以及余量Ti；
3#样：0.051％C，0.11％Fe，0.1％O，9.9％Mo以及余量Ti；
4#样：0.052％C，0.09％Fe，0.1％O，10.2％Mo以及余量Ti。
实施例2：
一种抗空蚀钛合金及其制备工艺：首先将重量百分比为90％的海绵钛和10％的钼粉机械混合并压制成直径40mm的圆棒，然后将压制的圆棒在真空自耗炉中进行熔炼，反复熔炼5次，最后得到直径为100mm的TiMo铸态合金。所得铸态合金在电炉内加热到880℃，保温1.5小时，然后进行锻造处理，锻造变形量为90％。随后锻件在700℃下退火处理1.5小时，最终得到抗空蚀性能优异的TiMo合金。
按照本发明的制备工艺制得的耐空蚀合金含重量百分比为：
1#样：0.05％C，0.11％Fe，0.08％O，9.9％Mo以及余量Ti；
2#样：0.049％C，0.1％Fe，0.1％O，10％Mo以及余量Ti；
3#样：0.051％C，0.1％Fe，0.11％O，9.9％Mo以及余量Ti；
4#样：0.053％C，0.09％Fe，0.11％O，10.1％Mo以及余量Ti。
实施例3：
一种抗空蚀钛合金及其制备工艺：首先将重量百分比为90％的海绵钛和10％的钼粉机械混合并压制成直径50mm的圆棒，然后将压制的圆棒在真空自耗炉中进行熔炼，反复熔炼3次，最后得到直径为120mm的TiMo铸态合金。所得铸态合金在电炉内加热到900℃，保温2小时，然后进行锻造处理，锻造变形量为85％。随后锻件在750℃下退火处理1.5小时，最终得到抗空蚀性能优异的TiMo合金。
按照本发明的制备工艺制得的耐空蚀合金含重量百分比为：
1#样：0.049％C，0.11％Fe，0.1％O，10％Mo以及余量Ti；
2#样：0.05％C，0.098％Fe，0.1％O，9.9％Mo以及余量Ti；
3#样：0.051％C，0.1％Fe，0.11％O，10％Mo以及余量Ti；
4#样：0.05％C，0.09％Fe，0.11％O，10.1％Mo以及余量Ti。
由于本发明改变合金中钼元素的含量，经过锻压和固溶处理加工后合金的弹性模量显著增强。实际使用环境中的电化学腐蚀、空蚀和噪声实验结果表明，合金的抗空蚀性能和耐电化学腐蚀能力显著提高，同时合金空蚀过程中的噪声水平大大下降。表明该钛钼可以作为一种抗空蚀合金加以推广。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (5)

1.一种抗空蚀钛合金,其特征在于，所述钛合金的成分重量百分比为：
C：0.05％～0.053％；
Fe：0.09％～0.11％；
O：0.08％～0.11％；
Mo：9.8％～10.2％；
以及余量Ti。
2.根据权利要求1所述的一种抗空蚀钛合金，其特征在于，所述抗空蚀钛合金的成分重量百分比为：C：0.05％；Fe：0.1％；O：0.1％；Mo：9.8％以及余量Ti。
3.根据权利要求1所述的一种抗空蚀钛合金，其特征在于，所述抗空蚀钛合金的成分重量百分比为：C：0.051％；Fe：0.11％；O：0.1％；Mo：9.9％以及余量Ti。
4.根据权利要求1所述的一种抗空蚀钛合金，其特征在于，所述抗空蚀钛合金的成分重量百分比为：C：0.053％；Fe：0.09％；O：0.08％；Mo：10.2％以及余量Ti。
5.一种抗空蚀钛合金的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括如下步骤：
S1、首先将重量百分比为90％的海绵钛和10％的钼粉机械混合并压制成直径40-60mm的圆棒；
S2、然后将压制的圆棒在真空自耗炉中进行熔炼，反复熔炼3-5次，得到直径为100-120mm的TiMo铸态合金；
S3、将所得TiMo铸态合金在电炉内加热到850-900℃，保温1.5-2小时，进行锻造处理，锻造变形量为85％-95％；随后锻件在700-750℃退火处理1.5-2小时，最终得到抗空蚀性能优异的TiMo合金。
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