CN111826536A - 一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法 - Google Patents

一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法，具体按照以下步骤实施：选用0‑1级、粒径为10‑30mm的海绵钛颗粒；将海绵钛颗粒置于坩埚中，并向坩埚中通入氩气，通过万吨油压板压电板进行无电极焊接,得自耗电极；将自耗电极置于真空自耗电弧炉熔炼，得钛合金铸锭；对钛合金铸锭进行轧制，锻造，退火，得钛合金板材；将钛合金板材按要求尺寸切割加工成金刚石锯片的钛合金基体；能够制备出一种耐磨、耐腐蚀的合金材料，钛合金基体比钢、不锈钢基体具有更高的疲劳强度，屈服强度和蠕度强，具有较低的弹性模量、抗冲击性能强、抗噪音、抗振动特性，在疲劳切割载荷情况下能减少应力；还能够提高了锯片的使用寿命。

Description

一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法
技术领域
本发明属于建筑工程用具技术领域，具体涉及一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法。
背景技术
现有的常用传统超硬磨具基体，均采用钢及弹簧钢、不锈纲为锯片基体材料，基体重量大、易生锈。在一些恶劣环境，如含有大量的游离氯离子的酸碱盐，对不锈钢为基体的金刚石锯片有明显的磨蚀。
在海洋海底切割、核工业核电站建筑、桥梁建筑改造、公路建筑领域，切割各种金属材料时，要求基体为耐腐蚀性高、耐高温、耐冲击、耐噪音、无磁性、转动惯性负数小、韧性强、有记忆性的合金材料，同时也应是磨料磨具中具有高强度、抗疲劳、长寿命的金属材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法，能够制备出一种耐磨、耐腐蚀的合金材料。
本发明所采用的技术方案是，一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、选用0-1级、粒径为10-30mm的海绵钛颗粒；
步骤2、将海绵钛颗粒置于坩埚中，并向坩埚中通入氩气，通过万吨油压板压电板进行无电极焊接,得自耗电极；
步骤3、将自耗电极置于真空自耗电弧炉熔炼，得钛合金铸锭；
步骤4、对钛合金铸锭进行轧制，锻造，退火，得钛合金板材；
步骤5、将钛合金板材按要求尺寸切割加工成金刚石锯片的钛合金基体。
本发明的特点还在于：
步骤1海绵钛颗粒包括合金元素和杂质元素，质量百分比之和为100％，杂质元素占比为0.098％-0.245％。
杂质元素按海绵钛颗粒的质量百分比包括：氧：0.09～0.10％，氢：0.008～0.015％，氮：≤0.05％，碳：≤0.08％。
合金元素按海绵钛颗粒的质量百分比包括：铝0.2～8％，铌：0.5～30％，钽：0.5％，钒：0.5～6％，其余成分为钛。
步骤3具体过程为：将自耗电极置于真空自耗电弧炉的水冷铜坩埚中，调节温度在1668-3535℃，真空自耗电弧炉内真空度控制在10-4-5×10-2mm汞柱，经2-4.5小时后，冷却，获得钛合金铸锭。
步骤4对钛合金铸锭进行轧制、锻造具体过程为：将钛合金铸锭置于压电级的水压机7000t中，先预热至100-200℃，轧制厚度依次为2.0mm-1.5mm-1.2mm-1.0mm，总时间控制在120-150min，取出置于2500t快锻机中锻造，温度控制范围980℃-1180℃，时间控制范围30-120min，至厚度为0.3mm-1.0mm，再经电子束炉EBCHR4/200/2400退火，温度控制范围700℃-800℃，时间控制范围60-120min，得到钛合金板材。
步骤4对钛合金铸锭进行轧制，锻造，退火具体过程为：将扁方坯预热至100-200℃，轧制厚度的依次至2.0mm—1.5mm—1.2mm—1.0mm，每达其中一个厚度时需冷却至常温，加热至700℃，真空退火，退火时间控制在40-60分钟。
步骤5具体过程为：将钛合金板材连接至计算机数控机床，通过计算机数控机床将钛合金板材加工至金刚石锯片的所需的尺寸，得金刚石锯片的钛合金基体。
步骤5具体过程为：采用激光传感器和影视传感将钛合金板材加工至金刚石锯片的所需的尺寸，得金刚石锯片的钛合金基体。
本发明的有益效果是：
本发明一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法，能够制备出一种耐磨、耐腐蚀的合金材料，钛合金基体比钢、不锈钢基体具有更高的疲劳强度，屈服强度和蠕度强，具有较低的弹性模量、抗冲击性能强、抗噪音、抗振动特性，在疲劳切割载荷情况下能减少应力。钛合金基体有优异的抗大气腐蚀性能，能在超低温下使用，用钛合金制成金刚石锯片基体提高了锯片的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、选用0级、粒径为10-20mm的海绵钛颗粒；海绵钛颗粒包括合金元素和杂质元素，质量百分比之和为100％，杂质元素占比为0.098％％。
杂质元素按海绵钛颗粒的质量百分比包括但不限于：氧：0.09％，氢：0.008％，氮：≤0.05％，碳：≤0.08％。
合金元素按海绵钛颗粒的质量百分比包括：铝0.2％，铌：0.5％，钽：0.5％，钒：0.5％，其余成分为钛。
步骤2、将海绵钛颗粒置于坩埚中，并向坩埚中通入氩气，通过万吨油压板压电板进行无电极焊接,得自耗电极；
步骤3、将自耗电极置于真空自耗电弧炉熔炼，得钛合金铸锭；具体过程为：将自耗电极置于真空自耗电弧炉的水冷铜坩埚中，调节温度在1668℃，真空自耗电弧炉内真空度控制在10-4mm汞柱，经2小时后，冷却，获得钛合金铸锭。
步骤4、对钛合金铸锭进行轧制，锻造，退火，得钛合金板材；
对钛合金铸锭进行轧制、锻造具体过程为：将钛合金铸锭置于压电级的水压机7000t中，先预热至100℃，轧制厚度依次为2.0mm-1.5mm-1.2mm-1.0mm，总时间控制在120min，取出置于2500t快锻机中锻造，温度控制范围980℃，时间控制范围30min，至厚度为0.3mm，再经电子束炉EBCHR4/200/2400退火，温度控制范围700℃-800℃，时间控制范围60min，得到钛合金板材。
对钛合金铸锭进行轧制，锻造，退火具体过程为：将扁方坯预热至100-200℃，轧制厚度的依次至2.0mm—1.5mm—1.2mm—1.0mm，每达其中一个厚度时需冷却至常温，加热至700℃，真空退火，退火时间控制在40分钟。
步骤5、将钛合金板材按要求尺寸切割加工成金刚石锯片的钛合金基体。具体过程为：将钛合金板材连接至计算机数控机床，通过计算机数控机床将钛合金板材加工至金刚石锯片的所需的尺寸，得金刚石锯片的钛合金基体。
实施例2
本发明一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、选用1级、粒径为15-30mm的海绵钛颗粒；海绵钛颗粒包括合金元素和杂质元素，质量百分比之和为100％，杂质元素占比为0.245％。
杂质元素按海绵钛颗粒的质量百分比包括但不限于：氧：0.10％，氢：0.015％，氮：≤0.05％，碳：≤0.08％。
合金元素按海绵钛颗粒的质量百分比包括：铝8％，铌：30％，钽：0.5％，钒：6％，其余成分为钛。
步骤2、将海绵钛颗粒置于坩埚中，并向坩埚中通入氩气，通过万吨油压板压电板进行无电极焊接,得自耗电极；
步骤3、将自耗电极置于真空自耗电弧炉熔炼，得钛合金铸锭；具体过程为：将自耗电极置于真空自耗电弧炉的水冷铜坩埚中，调节温度在3535℃，真空自耗电弧炉内真空度控制在5×10-2mm汞柱，经2-4.5小时后，冷却，获得钛合金铸锭。
步骤4、对钛合金铸锭进行轧制，锻造，退火，得钛合金板材；
对钛合金铸锭进行轧制、锻造具体过程为：将钛合金铸锭置于压电级的水压机7000t中，先预热至200℃，轧制厚度依次为2.0mm-1.5mm-1.2mm-1.0mm，总时间控制在150min，取出置于2500t快锻机中锻造，温度控制范围1180℃，时间控制范围120min，至厚度为0.8mm，再经电子束炉EBCHR4/200/2400退火，温度控制范围800℃，时间控制范围120min，得到钛合金板材。
对钛合金铸锭进行轧制，锻造，退火具体过程为：将扁方坯预热至200℃，轧制厚度的依次至2.0mm—1.5mm—1.2mm—1.0mm，每达其中一个厚度时需冷却至常温，加热至700℃，真空退火，退火时间控制在60分钟。
步骤5、将钛合金板材按要求尺寸切割加工成金刚石锯片的钛合金基体。具体过程为：采用激光传感器和影视传感将钛合金板材加工至金刚石锯片的所需的尺寸，得金刚石锯片的钛合金基体。
本实施例1和实施例2中制备的钛合金基体制备的金刚石锯片与现有的金刚石锯片相比，在提供相同外力时，转速最高可稳定达到10000-15000r/min，同比之下，钢合金和不锈钢基体的转速一般只稳定在1200r/min，因此具备适应高转速环境的优越性。
本实施例1和实施例2中制备的钛合金基体还具有以下特性：
(1)密度小，强度高，比强度大
钛的密度约为4.51g/cm3，只有钢或镍合金密度的1/2，其强度是铝的3倍，钛合金基体作为三大轻金属之一，是轻量化最佳的金属，钛合金的比强度为常用的工业合金中最大的，钛合金的比强度是不锈钢的3.5倍，是铝合金的1.3倍，是镁合金的1.7倍，是建筑工程、宇航工程、海洋工程、核工业工程、石材切割、地震抢险、桥梁工程必不可少的轻量化的锯片基体材料。
(2)耐腐蚀性能优异
钛的耐腐蚀性能主要取决于氧化膜的存在，钛在一些腐蚀性介质中不被腐蚀，如海水、湿氯气、亚氯酸盐及次氯酸盐溶液、硝酸、铬酸、金属氯化物、硫化物以及有机酸等。
(3)耐热性能好
通常铝在150℃，不锈钢在310℃即失去了原有较高的力学性能，而钛合金在500℃左右仍保持良好的力学性能。
(4)低温性能好
某些钛合金基体(如Ti-5Ai-2.5SnELI)的强度随温度的降低而提高，但塑性降低得不多，在低温下仍有较高的延性及韧性，适宜在超低温下使用。
数据验证：
1)采用实施例2制备的钛合金基体与其他金属进行抗拉强度与屈服强度的测试比较，结果如表1所示：
表1
强度 钛合金基体 不锈钢304 铝
抗拉强度/MPa 960 608 470
屈服强度/MPa 892 255 294
从表1中可以看出，钛合金基体的抗拉强度和屈服强度要优于其他金属基体，具有更高的疲劳强度和屈服强度，可替代其他金属基体。
2)采用实施例2制备的钛合金基体与其他金属的热导率进行导热率测试比较，结果如表2所示：
表2
金属名称 钛合金基体 不锈钢304 铝 铁 铜
热导率/W·(m·K)<sup>-1</sup> 17 30 212 85 255
根据表2中可知，实施例2制备的钛合金基体具有更好的热导率。
3)采用实施例2制备的钛合金基体与其他金属进行弹性模量比较，比较结果如表3所示：
表3
金属 钛合金基体 铝 铁 不锈钢304
弹性模量/GPa 108 72 196 200
根据表3中可知，实施例2制备的钛合金基体具有较低的弹性模量。
4)采用实施例2制备的钛合金基体与其他金属密度和比强度进行比较，比较结果如表4所示：
表4
Figure BDA0002522357050000071
Figure BDA0002522357050000081
从表4中可以看出，实施例2制备的钛合金基体具有较低的密度和较高的比强度。
5)采用实施例2制备的钛合金基体与其他金属的抗腐蚀性进行比较，比较结果如表5所示：
表5
Figure BDA0002522357050000082
Figure BDA0002522357050000091
标注说明：
√：腐蚀率<0.051毫米/年○：腐蚀率<0.508毫米/年
△：腐蚀率0.508—1.27毫米/年×：腐蚀率>1.27毫米/年
根据表5中可以看出，实施例2制备的钛合金基体具有具有较强的抗腐蚀性。
另外，本发明制备的钛合金锯片基体还有以下优点：
比重轻密度是钢的57％，大大减小了转动惯量负载，耐冲击性高，比强度高，是常用结构材料中比强度最高的，耐高温切割温度可达650～750℃，一般都为600℃，低温-270℃。基体的物理和化学性能稳定，导热和膨胀系数低，在超低温环境下强度可以增加一倍以上。
钛合金基体具有优异的耐腐性，在氧化性介质和中性介质中都有优良的耐腐性能，例如在亚氯酸环境腐蚀非常强，比不锈钢高出150倍之多。钛的无磁性使其在很强大的磁场中不被磁化，可以直接切割磁性材料。
钛合金锯片基比弹簧钢和不锈钢具有更高的耐腐蚀强度，更高的屈服强度和蠕变强度。钛合金可代替12铬不锈钢，重量减轻43％。
钛合金基体可以控制机械噪音、振动发声，其只有钢的1/50。钛合金是无声金属能把大量的振动能转化为材料内部的热能散出去，使振动和噪音都迅速衰减。
将合格的钛合金锯片基体供给磨料磨具行业，通过高科技将烧结材料、金属等结合剂制造出高质量金刚石钛合金基体锯片
金刚石钛合金锯片表面颜色呈正常态的颜色。钛的颜色是自然的银白色，可以结合现代技术等离子氮化法和阳极氧化法将钛合金基体变成金黄色，紫色，淡蓝色，黄条色，赤色，褐色，灰色，在表面形成一层氧化膜，具有美丽金属光泽的优点，可将其运用到生产单位名称，商标上，经过氧化法后提高了硬度，强度，耐腐蚀性能提高7-15倍。
通过上述方式，本发明一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法，能够制备出一种耐磨、耐腐蚀的合金材料，钛合金基体比钢、不锈钢基体具有更高的疲劳强度，屈服强度和蠕度强，具有较低的弹性模量、抗冲击性能强、抗噪音、抗振动特性，在疲劳切割载荷情况下能减少应力。钛合金基体有优异的抗大气腐蚀性能，能在超低温下使用，用钛合金制成金刚石锯片基体提高了锯片的使用寿命。

Claims (9)

1.一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、选用0-1级、粒径为10-30mm的海绵钛颗粒；
步骤2、将海绵钛颗粒置于坩埚中，并向坩埚中通入氩气，通过万吨油压板压电板进行无电极焊接,得自耗电极；
步骤3、将自耗电极置于真空自耗电弧炉熔炼，得钛合金铸锭；
步骤4、对钛合金铸锭进行轧制，锻造，退火，得钛合金板材；
步骤5、将钛合金板材按要求尺寸切割加工成金刚石锯片的钛合金基体。
2.根据权利要求1所述一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法，其特征在于，步骤1所述海绵钛颗粒包括合金元素和杂质元素，质量百分比之和为100％，所述杂质元素占比为0.098％-0.245％。
3.根据权利要求2所述一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法，其特征在于，所述杂质元素按海绵钛颗粒的质量百分比包括：氧：0.09～0.10％，氢：0.008～0.015％，氮：≤0.05％，碳：≤0.08％。
4.根据权利要求2所述一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法，其特征在于，所述合金元素按海绵钛颗粒的质量百分比包括：铝0.2～8％，铌：0.5～30％，钽：0.5％，钒：0.5～6％，其余成分为钛。
5.根据权利要求1所述一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法，其特征在于，步骤3具体过程为：将自耗电极置于真空自耗电弧炉的水冷铜坩埚中，调节温度在1668-3535℃，真空自耗电弧炉内真空度控制在10-4-5×10-2mm汞柱，经2-4.5小时后，冷却，获得钛合金铸锭。
6.根据权利要求5所述一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法，其特征在于，步骤4所述对钛合金铸锭进行轧制、锻造具体过程为：将钛合金铸锭置于压电级的水压机7000t中，先预热至100-200℃，轧制厚度依次为2.0mm-1.5mm-1.2mm-1.0mm，总时间控制在120-150min，取出置于2500t快锻机中锻造，温度控制范围980℃-1180℃，时间控制范围30-120min，至厚度为0.3mm-1.0mm，再经电子束炉EBCHR4/200/2400退火，温度控制范围700℃-800℃，时间控制范围60-120min，得到钛合金板材。
7.根据权利要求5所述一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法，其特征在于，步骤4所述对钛合金铸锭进行轧制，锻造，退火具体过程为：将扁方坯预热至100-200℃，轧制厚度的依次至2.0mm—1.5mm—1.2mm—1.0mm，每达其中一个厚度时需冷却至常温，加热至700℃，真空退火，退火时间控制在40-60分钟。
8.根据权利要求1-7任意一项所述一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法，其特征在于，步骤5具体过程为：将钛合金板材连接至计算机数控机床，通过计算机数控机床将钛合金板材加工至金刚石锯片的所需的尺寸，得金刚石锯片的钛合金基体。
9.根据权利要求1-7任意一项所述一种用于金刚石锯片的钛合金基体制备方法，其特征在于，步骤5具体过程为：采用激光传感器和影视传感将钛合金板材加工至金刚石锯片的所需的尺寸，得金刚石锯片的钛合金基体。
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CN115612893A (zh) * 2022-10-13 2023-01-17 东莞理工学院 一种具有各向异性热膨胀性能的钛铌钽合金垫片及其制备方法
CN115612893B (zh) * 2022-10-13 2023-08-22 东莞理工学院 一种具有各向异性热膨胀性能的钛铌钽合金垫片及其制备方法

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