CN117418141A - 一种导磁钛合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钛合金技术领域，特别涉及一种导磁钛合金及其制备方法。一种导磁钛合金，其化学元素成分按重量百分比为：Fe:10%‑15%、Cu:5%‑10%、O:0.15%‑0.25%，余量为Ti。其制备过程为：通过将Ti‑Fe合金、海绵钛、铜丝三种原料按比例进行混合、压制，将压制好的电极块进行焊接后熔炼，对随后得到的铸锭进行锻造、轧制、退火后，得到成品的导磁钛合金。本发明通过在钛合金中加入适量的Fe元素、Cu元素，调控钛合金的组织成分，使钛合金具有导磁性能，扩大钛合金的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于钛合金技术领域，特别涉及一种导磁钛合金及其制备方法。
背景技术
钛合金具有比强度高、密度低、耐腐蚀、耐高温等优良的综合性能，在航空航天、兵器及船舶等领域中应用广泛，钛合金在飞机中所占质量的百分比已经成为航空技术先进性的一个重要标志。由于钛合金的电子排布和晶格结构与磁性材料不同，所以钛合金并不具有磁性。正是这种特性，使得钛合金不会影响到磁场的运行和测量，因此被广泛应用于医疗和航空航天等领域。但钛合金难以产生磁性也严重限制了钛合金应用范围的进一步扩大。
发明内容
针对现有钛合金不具备导磁性的问题，本发明的目的是提供一种导磁钛合金及其制备方法，通过在钛合金熔炼过程中加入适量的Fe元素，提高钛合金的导磁性，从而扩大钛合金材料的应用范围。
本发明的技术方案在于：一种导磁钛合金，所述导磁钛合金的化学元素成分按重量百分比为：Fe: 10%-15%、Cu: 5%-10%、O: 0.15%-0.25%，余量为Ti。
一种导磁钛合金的制备方法，制备如上所述的一种导磁钛合金，包括以下步骤：
S1：配料，分别选择Ti-Fe合金、海绵钛、铜丝三种原料进行配料，三种原料中所含化学元素成分按重量百分比为：Fe: 10%-15%、Cu: 5%-10%、O: 0.15%-0.25%，余量为Ti；
S2：混料：将Ti-Fe合金和海绵钛在混料机中进行混合，混合时间≥120s；
S3：压制：将铜丝按150-200mm长切段，并将其与步骤2的混合物放入压料机进行压制，制成电极块；
S4：熔炼：将压制好的电极块进行焊接，并在真空自耗熔炼炉中进行多次熔炼后铸锭，熔炼次数≥3；
S5：开坯锻造：在温度1000-1150℃范围内，对铸锭进行开坯锻造；
S6：轧制：在温度900-950℃范围内，对开坯完成的板坯进行轧制，轧制成2mm厚度板材；
S7：退火：对板材进行700-750℃/1h的退火，完成导磁钛合金的制备。
所述步骤S1中Ti-Fe合金的粒径范围为5mm~10mm，海绵钛的粒径范围为5mm~10mm，铜丝的直径范围为3mm~5mm。
所述步骤S3中压制过程的压力范围为40~45kP。
所述步骤S5开坯锻造中，锻造火次≥3次；每火次至少进行2个镦拔，每道次镦拔变形量≥35%。
本发明的技术效果在于：1.本发明通过在钛合金中加入适量的Fe元素，一方面，可以使钛合金具有一定的导磁性，进一步拓宽钛合金的应用范围；另一方面，Fe在钛合金中属于慢共析合金元素，在一般的热加工和热处理过程中不产生中间相，主要通过固溶强化形式强化合金，有很好的强化效果；2.本发明通过在钛合金中加入适量的Cu元素，一方面，Cu与钛合金中形成固溶体，从而增加材料的强度；另一方面，Cu元素可以改善钛合金的晶界稳定性，减少晶界的活动，从而提高合金的硬度，同时在钛合金熔炼过程中添加Cu元素，还可以提高钛合金的热处理性能、耐腐蚀性能和加工性能。
以下将结合附图进行进一步的说明。
附图说明
图1为本发明实施例一种导磁钛合金的制备流程示意图。
具体实施方式
实施例1
一种导磁钛合金，所述导磁钛合金的化学元素成分按重量百分比为：Fe: 10%-15%、Cu: 5%-10%、O: 0.15%-0.25%，余量为Ti。
本发明通过在钛合金中加入适量的Fe元素、Cu元素，调控钛合金的组织成分，使钛合金具有导磁性能，扩大钛合金的应用范围。其作用机理为：Fe元素具有导磁性，在钛合金中添加Fe元素使其具有导磁性，可以扩大钛合金的应用范围，同时，Cu元素属于β稳定化元素，钛合金中的铜一部分以固溶状态存在，另一部分形成Ti2Cu或TiCu2化合物，TiCu2具有热稳定性，能起到提高合金热强化性的作用。由于铜在α相中的固溶度随温度的降低而显著减少，故可以通过时效沉淀强化来提高合金的强度。
实施例2
如图1所示，一种导磁钛合金的制备方法，制备如上所述的一种导磁钛合金，包括以下步骤：
S1：配料，分别选择Ti-Fe合金、海绵钛、铜丝三种原料进行配料，三种原料中所含化学元素成分按重量百分比为：Fe: 10%-15%、Cu: 5%-10%、O: 0.15%-0.25%，余量为Ti；
S2：混料：将Ti-Fe合金和海绵钛在混料机中进行混合，混合时间≥120s；
S3：压制：将铜丝按150-200mm长切段，并将其与步骤2的混合物放入压料机进行压制，制成电极块；
S4：熔炼：将压制好的电极块进行焊接，并在真空自耗熔炼炉中进行多次熔炼后铸锭，熔炼次数≥3；
S5：开坯锻造：在温度1000-1150℃范围内，对铸锭进行开坯锻造；
S6：轧制：在温度900-950℃范围内，对开坯完成的板坯进行轧制，轧制成2mm厚度板材；
S7：退火：对板材进行700-750℃/1h的退火，完成导磁钛合金的制备。
所述步骤S1中Ti-Fe合金的粒径范围为5mm~10mm，海绵钛的粒径范围为5mm~10mm，铜丝的直径范围为3mm~5mm。
所述步骤S3中压制过程的压力范围为40~45kP。
所述步骤S5开坯锻造中，锻造火次≥3次；每火次至少进行2个镦拔，每道次镦拔变形量≥35%，从而改善金属内部组织结构，提高其综合性能，为后续的轧制变形做准备。
采用如实施例2所述一种导磁钛合金的制备方法，制备如实施例1所述一种导磁钛合金，具体情况如实施例3~实施例8所述，对比例如对比例1~对比例4所述；
实施例3~8、对比例1~4中钛合金的化学成分见表1，其余为Ti。
表1实施例3~8及对比例1~4中的化学成分（重量百分数/%）
| Cu | Fe | O | |
| 实施例3 | 7.5 | 10 | 0.2 |
| 实施例4 | 7.5 | 12.5 | 0.2 |
| 实施例5 | 7.5 | 15 | 0.2 |
| 实施例6 | 5 | 12.5 | 0.2 |
| 实施例7 | 7.5 | 12.5 | 0.2 |
| 实施例8 | 10 | 12.5 | 0.2 |
| 对比例1 | 7.5 | 5 | 0.2 |
| 对比例2 | 7.5 | 20 | 0.2 |
| 对比例3 | 4 | 12.5 | 0.2 |
| 对比例4 | 11 | 12.5 | 0.2 |
表2为实施例3~8及对比例1~4采用GB/T 23604-2009：钛及钛合金产品力学性能试验取样方法、GB/T 228.1-2010：金属材料 拉伸试验 第一部分：室温试验方法，测得钛合金的力学性能。表3为实施例3~7及对比例1~4中钛合金材料所制成锅具的电磁加热功率测试结果。
表2实施例3~8及对比例1~4中钛合金的力学性能
| 编号 | 抗拉强度 | 屈服强度 |
| 实施例3 | 1059.52MPa | 982.09MPa |
| 实施例4 | 1049.33MPa | 971.71MPa |
| 实施例5 | 977.31MPa | 898.63MPa |
| 实施例6 | 735.45MPa | 657.8MPa |
| 实施例7 | 1083.14MPa | 1006.18MPa |
| 对比例1 | 440.02MPa | 377.19MPa |
| 对比例2 | 585.45MPa | 513.09MPa |
| 对比例3 | 469.28MPa | 404.15MPa |
| 对比例4 | 469.23MPa | 404.10MPa |
由表1~表2可以看出，对比例1~4钛合金中某些化学元素的重量百分比（wt%）超出本发明技术方案所涉及的范围，例如对比例1、2中，Fe元素的重量百分比分别低于、高于本发明钛合金板材中Fe元素的重量百分比；对比例3、4中，Cu元素的重量百分比分别低于、高于本发明钛合金板材中Cu元素的重量百分比。从表2中可以看出对比例1~4中钛合金板材，各项性能指标均低于实施例中合金材料的性能，例如：实施例1~4中合金材料的抗拉强度在730-1100MPa范围内，而对比例1~4中合金材料的抗拉强度范围在440-590MPa范围内。实际测试时，对比例1~4中合金材料的电磁加热功率明显低于实施例中合金材料的电磁加热功率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种导磁钛合金，其特征在于：所述导磁钛合金的化学元素成分按重量百分比为：Fe: 10%-15%、Cu: 5%-10%、O: 0.15%-0.25%，余量为Ti。
2.一种导磁钛合金的制备方法，制备如权利要求1所述的一种导磁钛合金，其特征在于：包括以下步骤：
S1：配料，分别选择Ti-Fe合金、海绵钛、铜丝三种原料进行配料，三种原料中所含化学元素成分按重量百分比为：Fe: 10%-15%、Cu: 5%-10%、O: 0.15%-0.25%，余量为Ti；
S2：混料：将Ti-Fe合金和海绵钛在混料机中进行混合，混合时间≥120s；
S3：压制：将铜丝按150-200mm长切段，并将其与步骤2的混合物放入压料机进行压制，制成电极块；
S4：熔炼：将压制好的电极块进行焊接，并在真空自耗熔炼炉中进行多次熔炼后铸锭，熔炼次数≥3；
S5：开坯锻造：在温度1000-1150℃范围内，对铸锭进行开坯锻造；
S6：轧制：在温度900-950℃范围内，对开坯完成的板坯进行轧制，轧制成2mm厚度板材；
S7：退火：对板材进行700-750℃/1h的退火，完成导磁钛合金的制备。
3.根据权利要求2所述一种导磁钛合金的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中Ti-Fe合金的粒径范围为5mm~10mm，海绵钛的粒径范围为5mm~10mm，铜丝的直径范围为3mm~5mm。
4.根据权利要求2所述一种导磁钛合金的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中压制过程的压力范围为40~45kP。
5.根据权利要求2所述一种导磁钛合金的制备方法，其特征在于：所述步骤S5开坯锻造中，锻造火次≥3次；每火次至少进行2个镦拔，每道次镦拔变形量≥35%。
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