CN113231586A - 一种tc4钛合金锻材及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TC4钛合金锻材及其制备方法，所述方法包括以下步骤：下料：选取符合标准的钛合金锭，按工艺尺寸下料至烤炉，下料后清除端面毛刺；锻打加热：清理烤炉炉膛灰渣，将下料至烤炉的钛合金锭放置在有效加热区开始加热，温度加热至960±10℃，加热时长不超过90min，镀层：将锻造后钛合金锻材放入真空室中，在锻材表面制备TiAlN/Ti涂层；通过本发明方法的得到的TC4钛合金锻材具备较好的抗冲蚀效果。
Description
技术领域
本发明属于TC4钛合金应用领域，具体涉及一种TC4钛合金锻材及制备方法。
背景技术
纯钛在固态下有两种同位素异构体，以882.5℃为分界，低温下稳定态为α相，高温下稳定态为β相；根据钛合金室温组织的不同，可将钛合金分为三大类：α钛合金、β钛合金以及α+β钛合金，TC4表示第四号α+β双相钛合金。
TC4是典型的α+β钛合金，含约6％wt的Al元素和约4％wt的V元素，在二十世纪五十年代美国某学院开发，是市面上最为常见的钛合金，产量超过工业用钛合金总量的一半。
已有的钛合金材料由于其本身硬度相对较低、摩擦系数高及耐磨性差限制了应用范围，并且现有的钛合金材料抗冲蚀的能力较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TC4钛合金锻材及制备方法，用于解决现有的钛合金材料硬度相对较低、摩擦系数高、耐磨性差及抗冲蚀能力差的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一下技术方案：
一种TC4钛合金锻材制备方法包括以下步骤：
下料：选取符合标准的钛合金锭，按工艺尺寸下料至烤炉，下料后清除端面毛刺；
锻打加热：清理烤炉炉膛灰渣，将下料至烤炉的钛合金锭放置在有效加热区开始加热，温度加热至960±10℃，加热时长不超过90min，将加热后的钛合金锭放入温装炉，保温30-40min后开始锻打；
出坯：将出坯工具预热至300±50℃，按照要求墩粗、拔长将钛合金锭锻打至工艺草图尺寸得到坯料；
打磨：将通过出坯得到的坯料进行打磨，使用砂轮机打磨坯料表面缺陷，磨去尖边；
锻模加热：将打磨后的坯料放置烤炉加热至960±10℃，加热时长不超过90min，然后将坯料放入温装炉，保温30-40分钟后进行锻模；
锻模：将模具预热至250-350℃，然后使用石墨乳均布与模具中，吹除模具内残存的氧化皮及石墨渣，将经过锻模加热的胚料充满模具，锻模起始温度不大于960℃，锻模结束前温度不小于800℃；
切边：安装切边模，保证间隙均匀，切边温度不小于850℃，完成切边后将模具放置至常温，出模得到锻造后钛合金锻材；
镀层：将锻造后钛合金锻材放入真空室中，在锻材表面制备TiAlN/Ti涂层。
优选地，所述镀层具体为，将锻造后钛合金锻材放入真空室中，使用磁过滤真空阴极弧及金属蒸汽真空弧方法，在锻材表面制备若干层TiAlN/Ti涂层，氮气的流量为18-30sccm，真空室气压为(3-5)×10-5Pa，磁过滤偏转角为180°。
优选地，所述TiAlN/Ti涂层包括4层TiAlN层及4层Ti层，TiAlN层与Ti层交替设置，与锻材表面接触的第一层为Ti层。
优选地，所述TiAlN层每层厚度为2-5μm，Ti层每层厚度为0.1-0.5μm。
优选地，所述下料具体为，选取符合GB/T2965-2007标准的钛合金锭，按工艺尺寸下料至烤炉，下料前复核钛合金锭的重量。
优选地，所述氮气的流量为20sccm，真空室气压为4×10-5Pa。
优选地，所述TiAlN层每层厚度为3.5μm，Ti层每层厚度为0.25μm。
所述TC4钛合金锻材的厚度为60～120mm、宽度为40～2000mm。
本发明提供的一种TC4钛合金锻材及制备方法，通过在钛合金锻材表面设置TiAlN/Ti，解决了已有的钛合金材料由于其本身硬度相对较低、摩擦系数高及耐磨性差限制了应用范围，并且现有的钛合金材料抗冲蚀的能力较差的问题，通过限定涂层的制备条件及控制涂层的厚度，使得具备较好的抗冲蚀效果，对TC4钛合金锻材进行锻造，将钛合金锻材按制备标准制备成钛合金锻材的锻造方法，通过使用本发明的锻造方法，在对钛合金锻材进行锻造，生产效率高，外形质量好、物理性能稳定，适用于多种领域的组件。
具体实施方式
为突出本发明的实施目的、技术方案和结构优点，下面对本发明实例中的技术方案做详细描述，所描述的实例是本发明的一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
下料：选取符合标准的钛合金锭，按工艺尺寸下料至烤炉，下料后清除端面毛刺；
锻打加热：清理烤炉炉膛灰渣，将下料至烤炉的钛合金锭放置在有效加热区开始加热，温度加热至960℃，加热时长不超过90min，将加热后的钛合金锭放入温装炉，保温30min后开始锻打；
出坯：将出坯工具预热至300℃，按照要求墩粗、拔长将钛合金锭锻打至工艺草图尺寸得到坯料；
打磨：将通过出坯得到的坯料进行打磨，使用砂轮机打磨坯料表面缺陷，磨去尖边；
锻模加热：将打磨后的坯料放置烤炉加热至960℃，加热时长不超过90min，然后将坯料放入温装炉，保温30分钟后进行锻模；
锻模：将模具预热至250℃，然后使用石墨乳均布与模具中，吹除模具内残存的氧化皮及石墨渣，将经过锻模加热的胚料充满模具，锻模起始温度不大于960℃，锻模结束前温度不小于800℃；
切边：安装切边模，保证间隙均匀，切边温度不小于850℃，完成切边后将模具放置至常温，出模得到锻造后钛合金锻材；
镀层：将锻造后钛合金锻材放入真空室中，使用磁过滤真空阴极弧及金属蒸汽真空弧方法，在锻材表面制备若干层TiAlN/Ti涂层，氮气的流量为18sccm，真空室气压为3×10-5Pa，磁过滤偏转角为180°，TiAlN层数为两层，Ti层数为两层。
实施例2
下料：选取符合标准的钛合金锭，按工艺尺寸下料至烤炉，下料后清除端面毛刺；
锻打加热：清理烤炉炉膛灰渣，将下料至烤炉的钛合金锭放置在有效加热区开始加热，温度加热至950℃，加热时长不超过90min，将加热后的钛合金锭放入温装炉，保温40min后开始锻打；
出坯：将出坯工具预热至250℃，按照要求墩粗、拔长将钛合金锭锻打至工艺草图尺寸得到坯料；
打磨：将通过出坯得到的坯料进行打磨，使用砂轮机打磨坯料表面缺陷，磨去尖边；
锻模加热：将打磨后的坯料放置烤炉加热至970℃，加热时长不超过90min，然后将坯料放入温装炉，保温35分钟后进行锻模；
锻模：将模具预热至300℃，然后使用石墨乳均布与模具中，吹除模具内残存的氧化皮及石墨渣，将经过锻模加热的胚料充满模具，锻模起始温度不大于960℃，锻模结束前温度不小于800℃；
切边：安装切边模，保证间隙均匀，切边温度不小于850℃，完成切边后将模具放置至常温，出模得到锻造后钛合金锻材；
镀层：将锻造后钛合金锻材放入真空室中，使用磁过滤真空阴极弧及金属蒸汽真空弧方法，在锻材表面制备若干层TiAlN/Ti涂层，氮气的流量为30sccm，真空室气压为5×10-5Pa，磁过滤偏转角为180°，TiAlN层数为3层，Ti层数为3层。
实施例3
下料：选取符合标准的钛合金锭，按工艺尺寸下料至烤炉，下料后清除端面毛刺；
锻打加热：清理烤炉炉膛灰渣，将下料至烤炉的钛合金锭放置在有效加热区开始加热，温度加热至950℃，加热时长不超过90min，将加热后的钛合金锭放入温装炉，保温40min后开始锻打；
出坯：将出坯工具预热至250℃，按照要求墩粗、拔长将钛合金锭锻打至工艺草图尺寸得到坯料；
打磨：将通过出坯得到的坯料进行打磨，使用砂轮机打磨坯料表面缺陷，磨去尖边；
锻模加热：将打磨后的坯料放置烤炉加热至970℃，加热时长不超过90min，然后将坯料放入温装炉，保温35分钟后进行锻模；
锻模：将模具预热至300℃，然后使用石墨乳均布与模具中，吹除模具内残存的氧化皮及石墨渣，将经过锻模加热的胚料充满模具，锻模起始温度不大于960℃，锻模结束前温度不小于800℃；
切边：安装切边模，保证间隙均匀，切边温度不小于850℃，完成切边后将模具放置至常温，出模得到锻造后钛合金锻材；
镀层：将锻造后钛合金锻材放入真空室中，使用磁过滤真空阴极弧及金属蒸汽真空弧方法，在锻材表面制备若干层TiAlN/Ti涂层，氮气的流量为30sccm，真空室气压为5×10-5Pa，磁过滤偏转角为180°，TiAlN层数为4层，Ti层数为4层。
实施例5
下料：选取符合标准的钛合金锭，按工艺尺寸下料至烤炉，下料后清除端面毛刺；
锻打加热：清理烤炉炉膛灰渣，将下料至烤炉的钛合金锭放置在有效加热区开始加热，温度加热至950℃，加热时长不超过90min，将加热后的钛合金锭放入温装炉，保温40min后开始锻打；
出坯：将出坯工具预热至250℃，按照要求墩粗、拔长将钛合金锭锻打至工艺草图尺寸得到坯料；
打磨：将通过出坯得到的坯料进行打磨，使用砂轮机打磨坯料表面缺陷，磨去尖边；
锻模加热：将打磨后的坯料放置烤炉加热至970℃，加热时长不超过90min，然后将坯料放入温装炉，保温35分钟后进行锻模；
锻模：将模具预热至300℃，然后使用石墨乳均布与模具中，吹除模具内残存的氧化皮及石墨渣，将经过锻模加热的胚料充满模具，锻模起始温度不大于960℃，锻模结束前温度不小于800℃；
切边：安装切边模，保证间隙均匀，切边温度不小于850℃，完成切边后将模具放置至常温，出模得到锻造后钛合金锻材；
镀层：将锻造后钛合金锻材放入真空室中，使用磁过滤真空阴极弧及金属蒸汽真空弧方法，在锻材表面制备若干层TiAlN/Ti涂层，氮气的流量为20sccm，真空室气压为4×10-5Pa，磁过滤偏转角为180°，TiAlN层数为4层，Ti层数为4层，所述TiAlN层每层厚度为3.5μm，Ti层每层厚度为0.25μm。
对实施例1-5得到的锻造后钛合金锻材进行检测，结果见下表1
由表1可见通过本发明方法锻造的得到的锻造后钛合金锻材具备很好的机械强度；横纵向延伸率≥12％，达到A级探伤要求，适用于多种领域。
对实施例1-5得到的锻造后钛合金锻材及未设置TiAlN/Ti层的TC4钛合金锻材进行抗沙尘冲蚀性能测试，记录实施例1-5得到的锻材在8min内总质量损失和冲蚀率，测试结果见下表2
| 每分钟质量损失率(mg) | |
| 实施例1 | 2.51 |
| 实施例2 | 2.15 |
| 实施例3 | 1.98 |
| 实施例4 | 1.78 |
| 实施例5 | 1.59 |
| 未设置TiAlN/Ti层的TC4钛合金锻材 | 5.68 |
由表2可见通过本发明得到钛合金锻材具备很好的抗冲蚀功能。
最后声明的是：以上详细描述的仅用于本发明的实施方案，而并非对本发明专利范围内的限制。需要指出的是，本领域的普通技术人员在本发明的构思范围内进行若干变形和修改，或者对其中的部分技术特征进行相关替换，这些都属于本发明的保护范围。上述专利保护范围以所附权利要求为准最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神及范围。
Claims (8)
1.一种TC4钛合金锻材制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
下料：选取符合标准的钛合金锭，按工艺尺寸下料至烤炉，下料后清除端面毛刺；
锻打加热：清理烤炉炉膛灰渣，将下料至烤炉的钛合金锭放置在有效加热区开始加热，温度加热至960±10℃，加热时长不超过90min，将加热后的钛合金锭放入温装炉，保温30-40min后开始锻打；
出坯：将出坯工具预热至300±50℃，按照要求墩粗、拔长将钛合金锭锻打至工艺草图尺寸得到坯料；
打磨：将通过出坯得到的坯料进行打磨，使用砂轮机打磨坯料表面缺陷，磨去尖边；
锻模加热：将打磨后的坯料放置烤炉加热至960±10℃，加热时长不超过90min，然后将坯料放入温装炉，保温30-40分钟后进行锻模；
锻模：将模具预热至250-350℃，然后使用石墨乳均布与模具中，吹除模具内残存的氧化皮及石墨渣，将经过锻模加热的胚料充满模具，锻模起始温度不大于960℃，锻模结束前温度不小于800℃；
切边：安装切边模，保证间隙均匀，切边温度不小于850℃，完成切边后将模具放置至常温，出模得到锻造后钛合金锻材；
镀层：将锻造后钛合金锻材放入真空室中，在锻材表面制备TiAlN/Ti涂层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镀层具体为，将锻造后钛合金锻材放入真空室中，使用磁过滤真空阴极弧及金属蒸汽真空弧方法，在锻材表面制备若干层TiAlN/Ti涂层，氮气的流量为18-30sccm，真空室气压为(3-5)×10-5Pa，磁过滤偏转角为180°。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述TiAlN/Ti涂层包括4层TiAlN层及4层Ti层，TiAlN层与Ti层交替设置，与锻材表面接触的第一层为Ti层。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述TiAlN层每层厚度为2-5μm，Ti层每层厚度为0.1-0.5μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述下料具体为，选取符合GB/T2965-2007标准的钛合金锭，按工艺尺寸下料至烤炉，下料前复核钛合金锭的重量。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氮气的流量为20sccm，真空室气压为4×10-5Pa。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述TiAlN层每层厚度为3.5μm，Ti层每层厚度为0.25μm。
8.一种通过权利要求1-7任一项所述的制备方法得到TC4钛合金锻材，其特征在于，所述TC4钛合金锻材表面设置有TiAlN/Ni层。
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