CN112317993A - 一种Ti35HS钛合金焊丝材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Ti35HS钛合金焊丝材的制备方法，该Ti35HS钛合金焊丝材由以下质量含量的成分组成：Ta 5.5%~6.5%，Fe≤0.10%，C≤0.03%，N≤0.02%，H≤0.006%，O 0.08%~0.10%，余量为钛和不可避免的杂质；该方法将Ti‑Ta合金和TiO2熔炼后锻造得到棒坯，然后制成轧条后退火冷轧，再经多道次冷拉拔和分段真空热处理得到Ti35HS焊丝材。本发明通过对组分中氧的质量含量进行控制，提高了Ti35HS钛合金焊丝材的强塑性能匹配，结合采用多道次冷拉拔，控制丝材表面与芯部金属流动的同步性和均匀性，有效防止了缩尾、气孔和分层等缺陷，应用范围广，实用性强。

Description

一种Ti35HS钛合金焊丝材的制备方法
技术领域
本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种Ti35HS钛合金焊丝材的制备方法。
背景技术
Ti35钛合金具有密度小、比强度高、焊接性能优良等优点，其最大特点是优异的耐硝酸腐蚀性能，在沸腾8mol硝酸溶液中腐蚀速率不超过0.1mm/a，因而在硝酸环境中尤其是沸腾硝酸环境中应用广泛。Ti35HS是Ti35钛合金的配套焊丝（吴金平等.Ti35与Nb的异材质焊接.中国有色金属学报，2013.），由于Ti35HS焊丝材使用规格小，通常为1.0~3.0mm，该规格范围的钛合金焊丝材制备工艺流程长，加工过程不连续，对于塑性较好的TA2、Ti35HS等钛合金来说，在拉拔中容易出现缩尾、气孔、分层等缺陷；且采用传统的酸洗或碱洗的表面处理，会造成Ti35HS焊丝材表面质量较差，因此，如何高效地生产高质量的Ti35HS钛合金焊丝材是亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种Ti35HS钛合金焊丝材的制备方法。该方法通过对Ti35HS钛合金焊丝材中氧的质量含量进行控制，提高了Ti35HS钛合金焊丝材的强塑性能匹配性，结合采用多道次冷拉拔，以控制丝材表面与芯部金属流动的同步性和均匀性，有效防止了缩尾、气孔和分层等缺陷，提高了Ti35HS钛合金焊丝的质量。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种Ti35HS钛合金焊丝材的制备方法，其特征在于，该Ti35HS钛合金焊丝材由以下质量含量的成分组成：Ta 5.5%~6.5%，Fe≤0.10%，C≤0.03%，N≤0.02%，H≤0.006%，O 0.08%~0.10%，余量为钛和不可避免的杂质；该制备方法包括以下步骤：
步骤一、采用Ti-Ta合金和TiO2为原料，通过真空自耗电弧熔炼得到铸锭，然后经锻造得到棒坯；所述Ti-Ta合金中Ta的质量含量为36%~38%；
步骤二、将步骤一中得到的棒坯在Ti35HS钛合金相变点以下50℃~100℃的条件下采用轧机制成轧条，然后经退火后进行冷轧，得到丝坯；
步骤三、将步骤二中得到的丝坯扒皮后排伤，然后进行多道次冷拉拔，再依次经矫直、退火和抛光，得到Ti35HS钛合金焊丝材粗品；
步骤四、将步骤三中得到的Ti35HS钛合金焊丝材粗品进行分段真空热处理，经抛光得到Ti35HS钛合金焊丝材。
相对于传统的焊丝材组成中均采用低氧含量或者不加氧的设计思路，本发明首先通过控制Ti35HS钛合金焊丝材中氧的质量含量为0.08%~0.10%，使得Ti35HS钛合金焊丝材具有良好的强塑性能匹配，从而获得较好的焊缝强塑性，且其熔覆金属性能与母材性能相当，有利于后续轧制和拉拔加工过程的进行；冷轧后进行多道次冷拉拔，由于本发明组成的Ti35HS钛合金塑性相对较好，如果采用热拉拔容易造成缩尾、气孔等缺陷，通过多道次冷拉拔控制了加工过程中丝材表面与芯部金属流动的同步性和均匀性，有效防止了热拉拔缩尾、气孔和分层等缺陷，且制备的Ti35HS钛合金焊丝材低倍组织中无裂纹、气孔、分层、Ta不熔块、金属或非金属夹杂物等缺陷，且Ti35HS钛合金焊丝材表面光洁，提高Ti35HS钛合金焊丝的质量。
上述的一种Ti35HS钛合金焊丝材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述退火采用充氩加热的方式，退火温度为650℃。
上述的一种Ti35HS钛合金焊丝材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述多道次冷拉拔采用辊模拉丝的方式。该优选方式的加工精度较高，有利于提高Ti35HS钛合金焊丝的质量。
上述的一种Ti35HS钛合金焊丝材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述分段真空热处理的过程为：先在650℃保温1h，然后升温至700℃继续保温1h，再降温至低于80℃后出炉；所述抛光采用百洁布进行。
上述的一种Ti35HS钛合金焊丝材的制备方法，其特征在于，步骤四中得到的Ti35HS钛合金焊丝材为直径1.0mm~3.0mm的直丝或盘丝。该优选直径和丝型的Ti35HS钛合金焊丝材的应用范围较广，提高了本发明方法的实用性能。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明首先通过控制Ti35HS钛合金焊丝材中氧的质量含量为0.08%~0.10%，提高了Ti35HS钛合金焊丝材的强塑性能匹配性，保证其熔覆金属性能，结合采用多道次冷拉拔，控制拉拔过程中的丝材表面与芯部金属流动的同步性和均匀性，有效防止了缩尾、气孔和分层等缺陷，且制备的Ti35HS钛合金焊丝材低倍组织中无裂纹、气孔、分层、Ta不熔块、金属或非金属夹杂物等缺陷，提高Ti35HS钛合金焊丝的质量。
2、本发明制备得到直径1.0mm~3.0mm的直丝或盘丝的Ti35HS钛合金焊丝材，应用范围较广，具有较好的实用性能。
3、本发明的Ti35HS钛合金焊丝材表面光洁，低倍组织合格，强塑性匹配良好，有效提高了其形成的焊缝强度和焊接质量。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的Ti35HS钛合金焊丝的腐蚀速率图。
图2是本发明实施例1制备的Ti35HS钛合金焊丝的低倍组织图。
图3是本发明实施例2制备的Ti35HS钛合金焊丝的腐蚀速率图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的Ti35HS钛合金焊丝材由以下质量含量的成分组成：Ta 5.52%，Fe 0.011%，C0.008%，N 0.003%，H 0.0006%，O 0.085%，余量为钛和不可避免的杂质；该制备方法包括以下步骤：
步骤一、采用Ti-Ta合金和TiO2为原料，通过真空自耗电弧熔炼得到铸锭，然后经锻造得到棒坯；所述Ti-Ta合金中Ta的质量含量为36.8%；
步骤二、将步骤一中得到的棒坯在Ti35HS钛合金相变点以下60℃的条件下采用轧机制成轧条，然后采用充氩加热的方式在650℃退火后进行冷轧，得到丝坯；
步骤三、将步骤二中得到的丝坯扒皮后排伤，然后采用辊模拉丝冷加工的方式进行7道次冷拉拔，再依次经矫直、退火和抛光，得到Ti35HS钛合金焊丝材粗品；
步骤四、将步骤三中得到的Ti35HS钛合金焊丝材粗品先在650℃保温1h，然后升温至700℃继续保温1h，再降温至低于80℃后出炉，采用百洁布抛光后得到Ti35HS钛合金焊丝材；所述Ti35HS钛合金焊丝材为直径2.4mm、长度1000mm的直丝。
对本实施例制备的Ti35HS钛合金焊丝材的熔覆金属性能及在沸腾的8mol HNO3溶液中的腐蚀速率进行检测，结果分别如下表1和图1所示。
Figure 665611DEST_PATH_IMAGE001
表1中“-”表示无该项要求。
从表1可以看出，本实施例制备的Ti35HS钛合金焊丝的熔覆金属性能包括抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、延伸率A、断后伸长率Z满足了与母材要求相当的要求。
图1是本实施例制备的Ti35HS钛合金焊丝的腐蚀速率图，从图1可以看出，经沸腾的8mol的HNO3溶液中腐蚀240h后，本实施例制备的Ti35HS钛合金焊丝的腐蚀速率仍保持为0.02mm/a左右，满足腐蚀速率小于0.1mm/a的要求。
图2是本实施例制备的Ti35HS钛合金焊丝的低倍组织图，从图2可以看出，本实施例制备的Ti35HS钛合金焊丝的低倍组织中无缩尾、裂纹、气孔、分层及Ta的不熔物，满足了使用要求。
实施例2
本实施例的Ti35HS钛合金焊丝材由以下质量含量的成分组成：Ta 6.48%，Fe 0.013%，C0.010%，N 0.003%，H 0.0018%，O 0.090%，余量为钛和不可避免的杂质；该制备方法包括以下步骤：
步骤一、采用Ti-Ta合金和TiO2为原料，通过真空自耗电弧熔炼得到铸锭，然后经锻造得到棒坯；所述Ti-Ta合金中Ta的质量含量为37.5%；
步骤二、将步骤一中得到的棒坯在Ti35HS钛合金相变点以下60℃的条件下采用轧机制成轧条，然后采用充氩加热的方式在650℃退火后进行冷轧，得到丝坯；
步骤三、将步骤二中得到的丝坯扒皮后排伤，然后采用辊模拉丝冷加工的方式进行8道次冷拉拔，再依次经矫直、退火和抛光，得到Ti35HS钛合金焊丝材粗品；
步骤四、将步骤三中得到的Ti35HS钛合金焊丝材粗品先在650℃保温1h，然后升温至700℃继续保温1h，再降温至低于80℃后出炉，采用百洁布抛光后得到Ti35HS钛合金焊丝材；所述Ti35HS钛合金焊丝材为直径2.0mm、长度1000mm的直丝。
对本实施例制备的Ti35HS钛合金焊丝材的熔覆金属性能及在沸腾的8mol HNO3溶液中的腐蚀速率进行检测，结果分别如下表2和图3所示。
Figure 445348DEST_PATH_IMAGE002
从表2可以看出，本实施例制备的Ti35HS钛合金焊丝的熔覆金属性能包括抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、延伸率A、断后伸长率Z满足了与母材要求相当的要求。
图3是本实施例制备的Ti35HS钛合金焊丝的腐蚀速率图，从图3可以看出，经沸腾的8mol的HNO3溶液中腐蚀240h后，本实施例制备的Ti35HS钛合金焊丝的腐蚀速率仍保持为0.02mm/a左右，满足腐蚀速率小于0.1mm/a的要求。
实施例3
本实施例的Ti35HS钛合金焊丝材由以下质量含量的成分组成：Ta 5.94%，Fe 0.012%，C0.02%，N 0.005%，H 0.003%，O 0.10%，余量为钛和不可避免的杂质；该制备方法包括以下步骤：
步骤一、采用Ti-Ta合金和TiO2为原料，通过真空自耗电弧熔炼得到铸锭，然后经锻造得到棒坯；所述Ti-Ta合金中Ta的质量含量为38%；
步骤二、将步骤一中得到的棒坯在Ti35HS钛合金相变点以下50℃的条件下采用轧机制成轧条，然后采用充氩加热的方式在650℃退火后进行冷轧，得到丝坯；
步骤三、将步骤二中得到的丝坯扒皮后排伤，然后采用辊模拉丝冷加工的方式进行6道次冷拉拔，再依次经矫直、退火和抛光，得到Ti35HS钛合金焊丝材粗品；
步骤四、将步骤三中得到的Ti35HS钛合金焊丝材粗品先在650℃保温1h，然后升温至700℃继续保温1h，再降温至低于80℃后出炉，采用百洁布抛光后得到Ti35HS钛合金焊丝材；所述Ti35HS钛合金焊丝材为直径2.8mm、长度1000mm的直丝。
对本实施例制备的Ti35HS钛合金焊丝材的熔覆金属性能及在沸腾的8mol HNO3溶液中的腐蚀速率进行检测，结果显示：本实施例制备的Ti35HS钛合金焊丝的熔覆金属性能满足了与母材要求相当的要求；本实施例制备的Ti35HS钛合金焊丝的腐蚀速率满足腐蚀速率小于0.1mm/a的要求。
实施例4
本实施例的Ti35HS钛合金焊丝材由以下质量含量的成分组成：Ta 6.15%，Fe 0.020%，C0.015%，N 0.004%，H 0.002%，O 0.08%，余量为钛和不可避免的杂质；该制备方法包括以下步骤：
步骤一、采用Ti-Ta合金和TiO2为原料，通过真空自耗电弧熔炼得到铸锭，然后经锻造得到棒坯；所述Ti-Ta合金中Ta的质量含量为36%；
步骤二、将步骤一中得到的棒坯在Ti35HS钛合金相变点以下100℃的条件下采用轧机制成轧条，然后采用充氩加热的方式在650℃退火后进行冷轧，得到丝坯；
步骤三、将步骤二中得到的丝坯扒皮后排伤，然后采用辊模拉丝冷加工的方式进行5道次冷拉拔，再依次经矫直、退火和抛光，得到Ti35HS钛合金焊丝材粗品；
步骤四、将步骤三中得到的Ti35HS钛合金焊丝材粗品先在650℃保温1h，然后升温至700℃继续保温1h，再降温至低于80℃后出炉，采用百洁布抛光后得到Ti35HS钛合金焊丝材；所述Ti35HS钛合金焊丝材为直径3.0mm、长度1000mm的盘丝。
对本实施例制备的Ti35HS钛合金焊丝材的熔覆金属性能及在沸腾的8mol HNO3溶液中的腐蚀速率进行检测，结果显示：本实施例制备的Ti35HS钛合金焊丝的熔覆金属性能满足了与母材要求相当的要求；本实施例制备的Ti35HS钛合金焊丝的腐蚀速率满足腐蚀速率小于0.1mm/a的要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种Ti35HS钛合金焊丝材的制备方法，其特征在于，该Ti35HS钛合金焊丝材由以下质量含量的成分组成：Ta 5.5%~6.5%，Fe≤0.10%，C≤0.03%，N≤0.02%，H≤0.006%，O 0.08%~0.10%，余量为钛和不可避免的杂质；该制备方法包括以下步骤：
步骤一、采用Ti-Ta合金和TiO2为原料，通过真空自耗电弧熔炼得到铸锭，然后经锻造得到棒坯；所述Ti-Ta合金中Ta的质量含量为36%~38%；
步骤二、将步骤一中得到的棒坯在Ti35HS钛合金相变点以下50℃~100℃的条件下采用轧机制成轧条，然后经退火后进行冷轧，得到丝坯；
步骤三、将步骤二中得到的丝坯扒皮后排伤，然后进行多道次冷拉拔，再依次经矫直、退火和抛光，得到Ti35HS钛合金焊丝材粗品；
步骤四、将步骤三中得到的Ti35HS钛合金焊丝材粗品进行分段真空热处理，经抛光得到Ti35HS钛合金焊丝材。
2.根据权利要求1所述的一种Ti35HS钛合金焊丝材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述退火采用充氩加热的方式，退火温度为650℃。
3.根据权利要求1所述的一种Ti35HS钛合金焊丝材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述多道次冷拉拔采用辊模拉丝的方式。
4.根据权利要求1所述的一种Ti35HS钛合金焊丝材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述分段真空热处理的过程为：先在650℃保温1h，然后升温至700℃继续保温1h，再降温至低于80℃后出炉；所述抛光采用百洁布进行。
5.根据权利要求1所述的一种Ti35HS钛合金焊丝材的制备方法，其特征在于，步骤四中得到的Ti35HS钛合金焊丝材为直径1.0mm~3.0mm的直丝或盘丝。
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