CN115821113B - 一种高可焊性钛合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高可焊性钛合金及其制备方法，涉及合金材料技术领域。本发明提供的高可焊性钛合金，以质量分数计，化学成分包括：Al4.0～5.4％，Mo1.0～2.0％，V1.0～1.8％，Cr1.0～1.4％，Nb0.8～1.4％，Zr1.0～2.5％，Sn0.6～1.0％，Fe0.35～0.6％，O≤0.15％，余量为Ti。本发明提供的钛合金具有高可焊性、高强、高韧的优点。本发明以TC21、TC18、TC6、TA31和TB6钛合金回收料为原料，解决了高合金化钛合金残料的回收问题，同时降低了新钛合金的成本。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种高可焊性钛合金及其制备方法。
背景技术
钛合金目前已经成为广泛应用的一种结构材料。由于海绵钛成本高、热加工工艺复杂、成材率低等原因，钛合金的成本目前远远高于超高强钢、高强铝合金等常见的金属结构材料。降低成本一直是钛合金领域的主要目标之一。残料回收利用是一种有效降低材料成本的手段，目前用量最多的通用钛合金Ti-6Al-4V、TA15的残料回收利用已经比较成熟。然而，随着航空、舰船领域对材料性能要求的逐渐提高，越来越多的非通用高强、高韧性钛合金获得应用。目前国内航空、航天、舰船等领域钛合金用量仅次于Ti-6Al-4V、TA15的主要有TC21、TC18、TC6、TA31、TB6等几个牌号。这些牌号的钛合金通常合金化程度高、成分较为复杂，而所应用的环境又比较苛刻，通常限制残料的使用，这就造成了极大的浪费。
冷床炉熔炼是一种有效的残料回收手段，然而，由于该熔炼方式对熔体的搅拌作用较弱，而且对蒸气压高的元素挥发强烈，不适于对成分控制要求高的复杂成分钛合金锭坯制备，更无法用于多个牌号钛合金残料的同时利用。另外，随着合金化程度的增加及间隙元素含量的升高，钛合金的焊接性显著下降，因此高强韧钛合金的回收料在制备电极时的焊接往往成为其应用的障碍。
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，提供了一种可综合利用多个牌号钛合金残料的高可焊性钛合金及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高可焊性钛合金及其制备方法，本发明提供的钛合金具有优异的力学性能和可焊接性。本发明以TC21、TC18、TC6、TA31和TB6钛合金回收料为原料，解决了高合金元素钛合金残料的回收问题，降低了钛合金的成本。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种高可焊性钛合金，以质量分数计，化学成分包括：Al4.0～5.4％，Mo 1.0～2.0％，V 1.0～1.8％，Cr 1.0～1.4％，Nb 0.8～1.4％，Zr 1.0～2.5％，Sn0.6～1.0％，Fe 0.35～0.6％，O≤0.15％，余量为Ti。
优选地，所述高可焊性钛合金中Mo+V的质量百分含量为2.8～3.2％；铝当量控制在6.10～6.83；钼当量控制在5.85～6.08。
优选地，所述高可焊性钛合金的抗拉强度≥980MPa，屈服强度≥900MPa，延伸率≥12％，断裂韧性≥80MPa·m1/2，冲击功KV2≥45J。
优选地，对所述高可焊性钛合金的焊接方式包括钨极氩弧焊、电子束焊、等离子焊、激光焊或摩擦焊。
优选地，所述高可焊性钛合金的焊接接头强度系数≥0.95，焊后延伸率≥10％，冲击功KV2≥32J。
本发明提供了上述技术方案所述高可焊性钛合金的制备方法，包括以下步骤：
将海绵钛和中间合金进行压制，得到新料电极块；
以TC21、TC18、TC6、TA31和TB6钛合金回收料中的2～5种作为残料；按照上述技术方案所述高可焊性钛合金的化学成分，将所述新料电极块和残料搭配进行布料，得到合金电极；所述合金电极中残料的质量分数占70～86％；
将所述合金电极进行熔炼，得到铸锭；
将所述铸锭进行成形加工，得到高可焊性钛合金；
当所述高可焊性钛合金为板材时，所述成形加工包括依次进行锻造、板材轧制和热处理；
当所述高可焊性钛合金为棒材或锻件时，所述成形加工包括依次进行锻造、棒材或锻件成型和热处理；
当所述高可焊性钛合金为管材时，所述成形加工包括依次进行锻造、管材成型和热处理；所述管材成型包括挤压或斜轧穿孔+热轧；
当所述高可焊性钛合金为环件时，所述成形加工包括依次进行锻造、冲孔+扩孔、环件轧制和热处理。
优选地，所述熔炼包括依次进行真空电子束冷床炉熔炼、真空凝壳炉熔炼和真空自耗电弧熔炼。
优选地，所述锻造的温度为1050～1170℃。
优选地，所述板材轧制、棒材或锻件成型、管材成型、冲孔+扩孔及环件轧制的温度独立地为Tβ-(30～70)℃或(Tβ+30)～1050℃；所述Tβ表示钛合金的相变点温度。
优选地，所述热处理为退火或者为依次进行固溶处理和时效处理。
本发明提供了一种高可焊性钛合金，以质量分数计，化学成分包括：Al4.0～5.4％，Mo 1.0～2.0％，V 1.0～1.8％，Cr 1.0～1.4％，Nb 0.8～1.4％，Zr 1.0～2.5％，Sn0.6～1.0％，Fe 0.35～0.6％，O≤0.15％，余量为Ti。在本发明中，Zr和Sn使合金具有良好的焊接性能；钛合金在熔焊后很容易产生马氏体α'、α”和ω相，钛合金中的铝、锆、锡能抑制ω相脆相的形成；本发明控制钛合金的氧含量≤0.15％，有利于提高钛合金的焊接性能；Fe和Cr对钛合金的强化效果较好，有利于提高钛合金的力学性能；V、Mo和Nb在提高合金强化的同时能使钛合金保持良好的塑性。本发明提供的钛合金具有高可焊性、高强、高韧的优点。
本发明提供了所述高可焊性钛合金的制备方法，本发明以TC21、TC18、TC6、TA31和TB6钛合金回收料为原料，解决了高合金化钛合金残料的回收问题，同时降低了新钛合金的成本。
具体实施方式
本发明提供了一种高可焊性钛合金，以质量分数计，化学成分包括：Al4.0～5.4％，Mo 1.0～2.0％，V 1.0～1.8％，Cr 1.0～1.4％，Nb 0.8～1.4％，Zr 1.0～2.5％，Sn0.6～1.0％，Fe 0.35～0.6％，O≤0.15％，余量为Ti。
以质量分数计，本发明提供的高可焊性钛合金的化学成分包括Al4.0～5.4％，优选为4.2～5.1％，更优选为4.5～4.8％。
以质量分数计，本发明提供的高可焊性钛合金的化学成分包括Mo1.0～2.0％，优选为1.4～1.9％，更优选为1.6～1.7％。
以质量分数计，本发明提供的高可焊性钛合金的化学成分包括V1.0～1.8％，优选为1.3～1.6％，更优选为1.4％。
以质量分数计，本发明提供的高可焊性钛合金的化学成分包括Cr1.0～1.4％，优选为1.2～1.3％。
以质量分数计，本发明提供的高可焊性钛合金的化学成分包括Nb0.8～1.4％，优选为1.1～1.3％，更优选为1.2％。
以质量分数计，本发明提供的高可焊性钛合金的化学成分包括Zr1.0～2.5％，优选为1.2～1.8％，更优选为1.4～1.6％。
以质量分数计，本发明提供的高可焊性钛合金的化学成分包括Sn0.6～1.0％，优选为0.7～0.9％，更优选为0.8％。
以质量分数计，本发明提供的高可焊性钛合金的化学成分包括Fe0.35～0.6％，优选为0.4～0.55％，更优选为0.5％。
以质量分数计，本发明提供的高可焊性钛合金的化学成分包括O≤0.15％，优选为0.1～0.14％，更优选为0.11～0.13％。
本发明提供的高可焊性钛合金包括余量的Ti。
在本发明的具体实施例中，所述高可焊性钛合金还包括不可避免的杂质。在本发明中，所述不可避免的杂质优选包括Fe、C、N和H中的一种或几种，所述不可避免的杂质的质量分数优选≤0.4％。
在本发明中，所述高可焊性钛合金中Mo+V的质量百分含量优选为2.8～3.2％，更优选为3.1～3.2％；铝当量控制优选在6.10～6.83，更优选为6.25～6.70，进一步优选为6.33～6.47；钼当量控制优选在5.85～6.08，更优选为5.87～6.07，进一步优选为5.96～6.03。在本发明中，所述铝当量([Al]eq)优选＝％Al+％Sn/3+％Zr/6+10％O*；其中O*＝％O+％C+2％N。在本发明中，C和N含量很少可忽略。在本发明中，所述钼当量([Mo]eq)优选＝％Mo+％Nb/3.3+％Ta/4+％W/2+％V/1.4+％Cr/0.6+％Mn/0.6+％Fe/0.5+％Co/0.9+％Ni/0.8。在本发明中，所述铝当量和钼当量中的百分数指的是质量百分数。
在本发明中，所述高可焊性钛合金的抗拉强度优选≥980MPa，屈服强度优选≥900MPa，延伸率优选≥12％，断裂韧性优选≥80MPa·m1/2，冲击功KV2优选≥45J。
在本发明中，对所述高可焊性钛合金的焊接方式优选包括钨极氩弧焊、电子束焊、等离子焊、激光焊或摩擦焊。在本发明中，所述高可焊性钛合金的焊接接头强度系数优选≥0.95，焊后延伸率优选≥10％，冲击功KV2优选≥32J。
本发明提供了上述技术方案所述高可焊性钛合金的制备方法，包括以下步骤：
将海绵钛和中间合金进行压制，得到新料电极块；
以TC21、TC18、TC6、TA31和TB6钛合金回收料中的2～5种作为残料；按照上述技术方案所述高可焊性钛合金的化学成分，将所述新料电极块和残料搭配进行布料，得到合金电极；所述合金电极中残料的质量分数占70～86％；
将所述合金电极进行熔炼，得到铸锭；
将所述铸锭进行成形加工，得到高可焊性钛合金；
当所述高可焊性钛合金为板材时，所述成形加工包括依次进行锻造、板材轧制和热处理；
当所述高可焊性钛合金为棒材或锻件时，所述成形加工包括依次进行锻造、棒材或锻件成型和热处理；
当所述高可焊性钛合金为管材时，所述成形加工包括依次进行锻造、管材成型和热处理；所述管材成型包括挤压或斜轧穿孔+热轧；
当所述高可焊性钛合金为环件时，所述成形加工包括依次进行锻造、冲孔+扩孔、环件轧制和热处理。
本发明将海绵钛和中间合金进行压制，得到新料电极块。在本发明中，所述海绵钛优选为0级海绵钛。在本发明中，所述中间合金优选包括AlNb60、AlCr60、AlMo60、AlV55、AlCr70、FeMo60、Ti-32Fe合金、金属铬粒、钼粉、铝豆、Ti-80Sn合金和0级海绵锆中的一种或多种。
本发明以TC21、TC18、TC6、TA31和TB6钛合金回收料中的2～5种作为残料。在本发明中，所述残料优选为非屑状。在本发明中，所述TC21、TC18、TC6、TA31、TB6钛合金回收料的氧含量独立地优选低于0.12wt％。
得到新料电极块和残料后，本发明按照上述技术方案所述高可焊性钛合金的化学成分，将所述新料电极块和残料搭配进行布料，得到合金电极。在本发明中，所述合金电极中残料的质量分数占70～86％，优选为74～80％。
得到合金电极后，本发明将所述合金电极进行熔炼，得到铸锭。在本发明中，所述熔炼优选包括依次进行真空电子束冷床炉熔炼、真空凝壳炉熔炼和真空自耗电弧熔炼。在本发明中，所述真空电子束冷床炉熔炼采用的坩埚规格优选为Φ400mm～Φ720mm；在上述坩埚规格下，所述真空电子束冷床炉熔炼的操作条件优选包括：熔炼速度为300～1500kg/h，熔炼真空度为5×10-1Pa～5×10-2Pa；所述真空电子束熔炼的次数优选为1次。在本发明中，所述真空凝壳炉熔炼的真空度优选为2～10Pa，熔炼电压优选为40～55V，电流优选为4～5KA；所述真空凝壳炉熔炼的次数优选为1次。在本发明中，所述真空自耗电弧熔炼采用的坩埚规格优选为Φ560mm～Φ820mm，在上述坩埚规格下，所述真空自耗电弧熔炼的操作条件优选包括：熔炼电压为32～40V，熔炼电流为20～28kA，熔炼真空度≤1.0×10-1Pa，稳弧电流为20～25A，稳弧搅拌换向频率为20～25s/次；所述真空自耗电弧熔炼的次数优选为1次。
由于残料中的杂质会使钛合金出现高密度夹杂、低密度夹杂，因此，残料的熔炼方式很重要。在本发明中，真空电子束冷床炉熔炼的优点是：(1)将熔化、精炼、凝固过程相对分离，能有效去除钨、碳化钨等高密度夹杂(HDI)和氮化钛、氧化钛等低密度夹杂(LDI)，具有很好的提纯、净化功能；(2)可以接受多种加料方式，钛残料回收较为容易，即可以使用其它熔炼法无法使用的废料，仍能制得纯净的钛锭，大幅度降低产品的成本。但真空电子束冷床炉熔炼缺点是合金元素易挥发，难以控制化学成分。真空凝壳炉熔炼的特点是在坩埚内可将电极全部熔化为金属液，可形成相当大的熔池，在电磁搅拌作用下有利于成分的均匀化。真空自耗电弧熔炼的特点是边熔化边凝固，合金元素挥发小，能够精确控制铸锭成分，且由于有电磁搅拌，成分均匀。因此，本发明将真空电子束冷床炉熔炼、真空凝壳炉熔炼和真空自耗电弧熔炼三种方式联合使用可以制备得到洁净度高、成分均匀、质量稳定的铸锭。
得到铸锭后，本发明将所述铸锭进行成形加工，得到高可焊性钛合金。在本发明中，所述高可焊性钛合金优选为板材、棒材、锻件、管材或环件。在本发明中，当所述高可焊性钛合金为板材时，所述成形加工优选包括依次进行锻造、板材轧制和热处理；当所述高可焊性钛合金为棒材或锻件时，所述成形加工优选包括依次进行锻造、棒材或锻件成型和热处理；当所述高可焊性钛合金为管材时，所述成形加工优选包括依次进行锻造、管材成型和热处理；所述管材成型包括挤压或斜轧穿孔+热轧；当所述高可焊性钛合金为环件时，所述成形加工包括依次进行锻造、冲孔+扩孔、环件轧制和热处理。
在本发明中，所述锻造的温度优选为1050～1170℃。在本发明的具体实施例中，所述锻造时的开坯锻造温度高于中间锻造温度。在本发明中，所述锻造的次数优选为2～4火次。
在本发明中，所述板材轧制、棒材或锻件成型、管材成型、冲孔+扩孔及环件轧制的温度独立地优选为Tβ-(30～70)℃或(Tβ+30)～1050℃；所述Tβ表示钛合金的相变点温度。
在本发明中，所述热处理优选为退火或者优选为依次进行固溶处理和时效处理。
在本发明中，所述退火的温度优选为700～850℃；保温时间优选为1～2h；冷却的方式优选为空冷至室温。
在本发明中，所述固溶处理的温度优选为460～850℃；保温时间优选为1～2h；冷却的方式优选为空冷至室温；所述时效处理的温度优选为460～560℃；保温时间优选为4～6h；冷却的方式优选为空冷至室温。
本发明在得到所述高可焊性钛合金后，优选进行焊接、模锻或加工，得到钛合金制品。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例制备的钛合金名义成分为Ti-4.0Al-2.0Mo-1.0V-1.4Cr-0.35Fe-1.1Nb-2.5Zr-1.0Sn-0.15O，即按重量百分比计为Al 4.0％、Mo 2.0％、V 1.0％、Cr 1.4％、Fe0.35％、Nb 1.1％、Zr 2.5％、Sn 1.0％、O 0.15％、余量为钛和不可避免的杂质。
所用原料为：TC18、TC21、TA31钛合金块状残料分别为20wt％、40wt％、10wt％，其余为FeMo60、Ti-32Fe合金、金属铬粒、Ti-80Sn合金、0级海绵钛和0级海绵锆；按照合金成分进行配料，先将FeMo60、Ti-32Fe合金、金属铬粒、Ti-80Sn合金、0级海绵钛和0级海绵锆混合均匀后，压制成新料电极块；与块状残料搭配进行布料，然后经真空电子束冷床炉熔炼+真空凝壳炉熔炼+真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭。
将所述钛合金铸锭经1150℃加热后开坯锻造、1050℃加热后进行中间锻造得到钛合金棒坯。
将所述钛合金棒坯经1050℃加热后进行挤压，得到Φ89mm(外径)×13mm(壁厚)的钛合金管材。
对管材进行850℃/1h，空冷(AC)热处理，其室温力学性能为：抗拉强度Rm＝1005MPa，Rp0.2＝910MPa，A＝16％；冲击功KV2＝84J。
对管材进行氩弧焊接，其焊接接头的室温力学性能为：抗拉强度Rm＝998MPa，Rp0.2＝905MPa，A＝13％；冲击功KV2＝65J。
实施例2
本实施例制备的钛合金名义成分为Ti-4.2Al-1.9Mo-1.3V-1.2Cr-0.4Fe0.8Nb-1.4Zr-0.8Sn-0.14O，即按重量百分比计为Al 4.2％、Mo 1.9％、V 1.3％、Cr 1.2％、Fe0.4％、Nb 0.8％、Zr 1.4％、Sn 0.8％、O 0.14％、余量为钛和不可避免的杂质。
所用原料为：TC21、TC18、TC6、TA31、TB6钛合金板条状残料分别为25wt％、16wt％、18wt％、10wt％和5wt％，其余为AlMo60、AlCr70、金属铬粒、Ti-80Sn合金、Ti-32Fe、0级海绵钛和0级海绵锆；按照合金成分进行配料，先将AlMo60、AlCr70、金属铬粒、Ti-80Sn合金、Ti-32Fe、0级海绵钛和0级海绵锆混合均匀后，压制成新料电极块；与条状残料搭配进行布料，然后经真空电子束冷床炉熔炼+真空凝壳炉熔炼+真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭。
将所述钛合金铸锭经1170℃加热后开坯锻造，再分别经1070℃和1050℃加热后进行2火次中间锻造得到钛合金棒坯。
将所述钛合金棒坯经Tβ-70℃加热后精锻成型，得到Φ100mm钛合金棒材。
对棒材进行700℃/2h，AC热处理，其室温力学性能为：抗拉强度Rm＝1010MPa，Rp0.2＝920MPa，A＝17％；断裂韧性KIC＝95MPa·m1/2；冲击功KV2＝77J。
对棒材进行摩擦焊接，其焊接接头室温力学性能为：抗拉强度Rm＝1012MPa，Rp0.2＝918MPa，A＝15％；断裂韧性KIC＝88MPa·m1/2，冲击功KV2＝62J。
实施例3
本实施例制备的钛合金名义成分为Ti-4.5Al-1.0Mo-1.8V-1.3Cr-0.5Fe-1.3Nb-1.8Zr-0.7Sn-0.13O，即按重量百分比计为Al 4.5％、Mo 1.0％、V 1.8％、Cr 1.3％、Fe0.5％、Nb 1.3％、Zr 1.8％、Sn 0.7％、O 0.13％、余量为钛和不可避免的杂质。
所用原料为：TA31、TC21、TC6、TB6钛合金块状残料分别为30wt％、20wt％、12wt％、18wt％，其余为AlCr60、金属铬粒、Ti-80Sn合金、Ti-32Fe合金、0级海绵钛和0级海绵锆；按照合金成分进行配料，先将AlCr60、金属铬、Ti-80Sn合金、Ti-32Fe合金、0级海绵钛和0级海绵锆混合均匀后，压制成新料电极块；与块状残料搭配进行布料，然后经真空电子束冷床炉熔炼+真空凝壳炉熔炼+真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭。
将所述钛合金铸锭经1150℃加热后开坯锻造，再分别经1100℃和1070℃加热后进行2火次中间锻造得到钛合金棒坯。
将所述钛合金棒坯经Tβ+30℃加热后轧制成型，得到边长为80mm的钛合金方棒。
对棒材进行910℃/1h，AC+560℃/6h，AC热处理，其室温力学性能为：抗拉强度Rm＝1030MPa，Rp0.2＝940MPa，A＝16％；冲击功KV2＝47J；KIC＝84MPa·m1/2。
对棒材进行电子束焊接，其焊接接头室温力学性能为：抗拉强度Rm＝1032MPa，Rp0.2＝937MPa，A＝13.5％；断裂韧性＝82MPa·m1/2，冲击功KV2＝35J。
实施例4
本实施例制备的钛合金名义成分为Ti-4.8Al-1.7Mo-1.4V-1.2Cr-0.45Fe-1.2Nb-1.6Zr-0.6Sn-0.12O，即按重量百分比计为Al 4.8％、Mo 1.7％、V1.4％、Cr 1.2％、Fe0.45％、Nb 1.2％、Zr 1.6％、Sn 0.6％、O 0.12％、余量为钛和不可避免的杂质。
所用原料为：TC6、TA31、TC21、TB6钛合金块状残料分别为30wt％、30wt％、12wt％、14wt％，其余为AlMo60、AlNb60、钼粉、金属铬粒、Ti-32Fe合金、Ti-80Sn合金、0级海绵钛和0级海绵锆；按照合金成分进行配料，先将AlMo60、AlNb60、钼粉、金属铬、Ti-32Fe合金、Ti-80Sn合金、0级海绵钛和0级海绵锆混合均匀后，压制成新料电极块；与块状残料搭配进行布料，然后经真空电子束冷床炉熔炼+真空凝壳炉熔炼+真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭。
将所述钛合金铸锭经1170℃加热后开坯锻造，再经1050℃加热后进行1火次锻造得到钛合金板坯。
将所述钛合金板坯经两火次轧制得到45mm的钛合金板材，每火次的加热温度分别为Tβ-30℃、Tβ-70℃。
对板材进行930℃/1h，AC+460℃/6h，AC热处理，其室温力学性能为：抗拉强度Rm＝1020MPa，Rp0.2＝940MPa，A＝16.5％；冲击功KV2＝45J；KIC＝80MPa·m1/2。
对板材进行等离子焊接，其焊接接头室温力学性能为：抗拉强度Rm＝1015MPa，Rp0.2＝938MPa，A＝14％；冲击功KV2＝32J。
实施例5
本实施例制备的钛合金名义成分为Ti-5.1Al-1.6Mo-1.6V-1.0Cr-0.6Fe-1.4Nb-1.2Zr-0.9Sn-0.11O，即按重量百分比计为Al 5.1％、Mo 1.6％、V 1.6％、Cr 1.0％、Fe0.6％、Nb 1.4％、Zr 1.2％、Sn 0.9％、O 0.11％，余量为钛和不可避免的杂质。
所用原料为：TC21、TA31、TC18、TB6钛合金块状残料分别为40wt％、20wt％、12wt％和10wt％，其余为AlCr70、Ti-32Fe合金、铝豆、Ti-80Sn合金和0级海绵钛；按照合金成分进行配料，先将AlCr70、Ti-32Fe合金、铝豆、Ti-80Sn合金和0级海绵钛混合均匀后，压制成新料电极块；与块状残料搭配进行布料，然后经真空电子束冷床炉熔炼+真空凝壳炉熔炼+真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭。
将所述钛合金铸锭经1150℃加热后开坯锻造、1080℃加热后进行中间锻造得到棒材；
将所述钛合金棒材经Tβ+50℃加热后经斜轧穿孔+热轧得到Φ135×15mm的钛合金管材。
对管材进行860℃/1h，AC+520℃/4h，AC热处理，其室温力学性能为：抗拉强度Rm＝980MPa，Rp0.2＝900MPa，A＝18％；冲击功KV2＝63.8J。
对管材进行氩弧焊接，其焊接接头室温力学性能为：抗拉强度Rm＝970MPa，Rp0.2＝892MPa，A＝15％；冲击功KV2＝47J。
实施例6
本实施例制备的钛合金名义成分为Ti-5.4Al-1.4Mo-1.6V-1.2Cr-0.55Fe-1.4Nb-1.0Zr-0.8Sn-0.10O，即按重量百分比计为Al 5.4％、Mo 1.4％、V 1.6％、Cr 1.2％、Fe0.55％、Nb 1.4％、Zr 1.0％、Sn 0.8％、O 0.10％、余量为钛和不可避免的杂质。
所用原料为：TA31、TC21、TC6、TB6钛合金块状残料分别为30wt％、25wt％、15wt％、16wt％，其余为AlMo60、AlV55、AlNb60、AlCr70、Ti-32Fe合金、Ti-80Sn合金、铝豆、0级海绵钛和0级海绵锆；按照合金成分进行配料，先将AlMo60、AlV55、AlNb60、AlCr70、Ti-32Fe合金、Ti-80Sn合金、铝豆、0级海绵钛和0级海绵锆混合均匀后，压制成新料电极块；与块状残料搭配进行布料，然后经真空电子束冷床炉熔炼+真空凝壳炉熔炼+真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭。
将所述钛合金铸锭经1150℃加热后开坯锻造，再经1080℃加热后进行1火次锻造得到钛合金板坯。
将所述钛合金板坯经两火次轧制得到35mm的钛合金板材，每火次的加热温度分别为Tβ-50℃、Tβ-70℃。
对板材进行800℃/1h，AC热处理，其室温力学性能为：抗拉强度Rm＝990MPa，Rp0.2＝905MPa，A＝17％；冲击功KV2＝75J；KIC＝89MPa·m1/2。
对板材进行电子束焊接，其焊接接头室温力学性能为：抗拉强度Rm＝975MPa，Rp0.2＝897MPa，A＝15％；冲击功KV2＝52J。
实施例1～6制备的钛合金的成分如表1所示。
表1实施例1～6制备的钛合金的成分(质量分数，％)
实施例1～6采用的钛合金回收料，如表2所示。表2中Al、Mo、V、Cr、Fe、Nb、Zr、Sn和O的含量指的是质量百分数。
表2实施例1～6采用的钛合金回收料
由以上实施例可以看出，本发明提供的钛合金具有优异的力学性能和可焊接性。本发明以TC21、TC18、TC6、TA31和TB6钛合金回收料为原料，解决了高合金元素钛合金残料的回收问题，降低了钛合金的成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高可焊性钛合金，以质量分数计，化学成分包括：Al 4.0~5.4%，Mo 1.0~2.0%，V1.0~1.8%，Cr 1.0~1.4%，Nb 0.8~1.4%，Zr 1.0~2.5%，Sn 0.6~1.0%，Fe 0.35~0.6%，O≤0.15%，余量为Ti；
所述高可焊性钛合金中Mo+V的质量百分含量为2.8~3.2%；铝当量控制在6.10~6.83；钼当量控制在5.85~6.08；
所述高可焊性钛合金的制备方法，包括以下步骤：
将海绵钛和中间合金进行压制，得到新料电极块；
以TC21、TC18、TC6、TA31和TB6钛合金回收料中的2~5种作为残料；按照所述高可焊性钛合金的化学成分，将所述新料电极块和残料搭配进行布料，得到合金电极；所述合金电极中残料的质量分数占70~86%；
将所述合金电极进行熔炼，得到铸锭；所述熔炼包括依次进行真空电子束冷床炉熔炼、真空凝壳炉熔炼和真空自耗电弧熔炼；
将所述铸锭进行成形加工，得到高可焊性钛合金；
当所述高可焊性钛合金为板材时，所述成形加工包括依次进行锻造、板材轧制和热处理；
当所述高可焊性钛合金为棒材或锻件时，所述成形加工包括依次进行锻造、棒材或锻件成型和热处理；
当所述高可焊性钛合金为管材时，所述成形加工包括依次进行锻造、管材成型和热处理；所述管材成型包括挤压或斜轧穿孔+热轧；
当所述高可焊性钛合金为环件时，所述成形加工包括依次进行锻造、冲孔+扩孔、环件轧制和热处理。
2.根据权利要求1所述的高可焊性钛合金，其特征在于，所述高可焊性钛合金的抗拉强度≥980MPa，屈服强度≥900MPa，延伸率≥12%，断裂韧性≥80MPa·m1/2，冲击功KV2≥45J。
3.根据权利要求1所述的高可焊性钛合金，其特征在于，对所述高可焊性钛合金的焊接方式包括钨极氩弧焊、电子束焊、等离子焊、激光焊或摩擦焊。
4.根据权利要求3所述的高可焊性钛合金，其特征在于，所述高可焊性钛合金的焊接接头强度系数≥0.95，焊后延伸率≥10%，冲击功KV2≥32J。
5.权利要求1~4任一项所述高可焊性钛合金的制备方法，包括以下步骤：
将海绵钛和中间合金进行压制，得到新料电极块；
以TC21、TC18、TC6、TA31和TB6钛合金回收料中的2~5种作为残料；按照所述高可焊性钛合金的化学成分，将所述新料电极块和残料搭配进行布料，得到合金电极；所述合金电极中残料的质量分数占70~86%；
将所述合金电极进行熔炼，得到铸锭；所述熔炼包括依次进行真空电子束冷床炉熔炼、真空凝壳炉熔炼和真空自耗电弧熔炼；
将所述铸锭进行成形加工，得到高可焊性钛合金；
当所述高可焊性钛合金为板材时，所述成形加工包括依次进行锻造、板材轧制和热处理；
当所述高可焊性钛合金为棒材或锻件时，所述成形加工包括依次进行锻造、棒材或锻件成型和热处理；
当所述高可焊性钛合金为管材时，所述成形加工包括依次进行锻造、管材成型和热处理；所述管材成型包括挤压或斜轧穿孔+热轧；
当所述高可焊性钛合金为环件时，所述成形加工包括依次进行锻造、冲孔+扩孔、环件轧制和热处理。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述锻造的温度为1050~1170℃。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述板材轧制、棒材或锻件成型、管材成型、冲孔+扩孔及环件轧制的温度独立地为Tβ-（30~70）℃或（Tβ+30）~1050℃；所述Tβ表示钛合金的相变点温度。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述热处理为退火或者为依次进行固溶处理和时效处理。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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