專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高硬度鑄造用鈦合金及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合金，具體是涉及一種硬度為HRC38-42的高強(qiáng)度鑄造用 鈦合金。
背景技術(shù)：
鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、抗腐蝕性能好、工藝性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此 它在航空、航天、化工、造船等工業(yè)部門(mén)獲得日益廣泛的應(yīng)用，發(fā)展迅猛。鈦 合金特別適于制造燃?xì)廨啓C(jī)等航空部件。由于鈦及其合金的優(yōu)異抗蝕性能，良 好的力學(xué)性能，以及合格的組織相容性，使它用于制作假體裝置等生物材料。 目前，常用鈦合金常溫洛氏硬度值
① 工業(yè)純鈦(TA1、 TA2、 TA3): HRC24 32;
② TC4(Ti6A14V): HRC35 36;
③ TA7(Ti5A12.5Sn》HRC 35 36;
@TA15 (Ti-6Al-2Zr-lMo-lV)(俄羅斯牌號(hào)BT20): HRC32 36; ⑤BT22 (Ti5.5A15Mo5V1.5Crl.0Fe): HRC39 42。
上述鈦合金用于鑄造鈦合金復(fù)雜構(gòu)件，特別是一些軍工用品構(gòu)件存在硬度 低，耐磨性能和穩(wěn)定性能差等缺點(diǎn)，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種硬度高，穩(wěn)定性好的鑄造用鈦合金。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制備該高硬度鑄造用鈦合金的方法
采用的技術(shù)方案是
一種高硬度鑄造用鈦合金，基體為鈦。
該合金主要化學(xué)成份按質(zhì)量百分比計(jì)Al:5.5 7.0%， Zr:1.5 2.5%， Mo:0.5 2.0%， V:0.8 2.5%， Cr:1.5 4%。雜質(zhì)元素含量應(yīng)控制在C《0.10%， Si:《0.15%, Fe:《0.25°/。， N:《0.05°/。， H:《0.015%， O:《0.15%，余量為 Ti。
本發(fā)明的高硬度鑄造用鈦合金在常溫下鑄態(tài)、退火態(tài)洛氏硬度為HRC38 40，經(jīng)固溶時(shí)效處理后，能穩(wěn)定控制在HRC38 42范圍內(nèi)；鑄態(tài)力學(xué)性能 Rm^l050Mpa， Rp0.2》950Mpa， A》3%， Z》8%。
該合金所具有的硬度值與常規(guī)鈦合金硬度值相比，能穩(wěn)定控制在HRC38 42范圍內(nèi)，硬度高，且具有良好的綜合力學(xué)性能，可用于要求具有一定硬度和 良好綜合力學(xué)性能的鈦合金部件的研制和生產(chǎn)。
本合金可以采用真空自耗電弧凝殼爐、真空感應(yīng)電弧爐、電子束爐等鈦合 金熔煉常用設(shè)備進(jìn)行熔配，成型方式可以采用石墨型、金屬型或各類(lèi)精鑄型殼。
下面提供一種制備高硬度鑄造用鈦合金的方法-.采用水冷銅坩堝真空自耗凝殼爐進(jìn)行熔配
1) 合金電極制備
以BT20棒材及金屬鉻作為原材料，BT20鈦合金名義成分為 Ti-6Al-2Zr-lMo-lV的鈦合金，經(jīng)清潔化處理(去氧化皮、去油、去污、干燥) 后，將金屬鉻采用機(jī)械粉碎的方法碎化成一定顆粒的金屬砂，尺寸要求〈lmm， 并在BT20錠子上采用鉆床打眼，眼大小O10 20mm，深度0.5 0.8R (R為錠 子半徑)，均勻分布于錠子中下部；將金屬鉻粉末或顆粒按一定配比裝入錠子上 的孔中，采用BT20焊條用鴇極氬弧焊進(jìn)行封閉，組焊成自耗電極。
2) 裝爐
坩堝的法蘭盤(pán)、內(nèi)壁和底座用砂紙打磨光滑，用脫脂棉擦干凈。檢查坩堝 的法蘭盤(pán)與內(nèi)壁的焊縫及其各部分的表面有無(wú)被電弧擊中的燒傷痕跡或凹坑。 用BT20電極殘頭切片放在坩堝底部作為底墊，在底墊上放置30mm高的BT20 三角形引弧料。自耗電極與坩堝內(nèi)壁之間的周?chē)g隙保持一致，約30 40mm。
3) 熔煉
將自耗電極裝入真空自耗電弧凝殼爐中，啟動(dòng)真空機(jī)組，抽至高真空后起 弧熔煉，熔煉控制參數(shù)
① 電壓38 40V，電流12000 18000A;
② 真空度控制在2xlO'2Pa;
③ 自耗電極與坩堝內(nèi)壁的間隙>30mm;
④ 冷卻水水壓0.4MPa，坩堝進(jìn)水口水溫19°C，坩堝出水口水溫38°C。 合金錠熔煉完成后進(jìn)行鍛造開(kāi)坯，采用上述工藝重熔2 3次，確保成分均勻。
熱處理工藝
采用的熱處理工藝為固溶+時(shí)效，退火；
固溶溫度700 820°C,保溫時(shí)間0.5 2小時(shí)，冷卻方式空淬或水淬； 時(shí)效溫度500 650°C，保溫時(shí)間4 20小時(shí)，冷卻方式空冷；
退火溫度700 820°C，保溫時(shí)間0.5 2小時(shí)，冷卻方式爐冷。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一
一種高硬度鑄造用鈦合金，基體為鈦。該合金主要化學(xué)成份按質(zhì)量百分比 計(jì)Al為6.1%、 Zr為2.5%、 Mo為1.8%、 V為2.0%、 Cr為1.5%;雜質(zhì)元素 含量控制在C《0.腦、Si《0.15%、 Fe《0.25%、 N《0.05%、 H《0.0150/。、 O《0.15%，余量為T(mén)i。
實(shí)施例二
一種高硬度鑄造用鈦合金，基體為鈦。該合金主要化學(xué)成份按質(zhì)量百分比 計(jì)Al:5.5%， Zr:1.5%， Mo:0.5%， V:0.8%， Cr:1.5%。雜質(zhì)元素含量應(yīng)控制在 C:《0.10%， Si:《0.15%， Fe:《0.25%， N:《0.05%, H:《0.015%， O:《0.15%， 余量為T(mén)i。
實(shí)施例三
一種高硬度鑄造用鈦合金，基體為鈦。該合金主要化學(xué)成份按質(zhì)量百分比 計(jì)Al:7.0%， Zr:2.5%， Mo: 2.0%， V: 2.5%， Cr: 4%。雜質(zhì)元素含量應(yīng)控制在 C:《0.10%， Si:《0.15%， Fe:《0.25%， N:《0.05%， H:《0.015%， O:《0.15%， 余量為T(mén)i。
實(shí)施例四
一種高硬度鑄造用鈦合金的制備方法，包括下述工藝步驟
1) 合金電極制備
以BT20棒材及金屬鉻作為原材料，BT20鈦合金名義成分為 Ti-6Al-2Zr-lMo-lV的鈦合金，經(jīng)清潔化處理后，將金屬鉻采用機(jī)械粉碎的方法 碎化成一定顆粒的金屬砂，尺寸要求〈lmm，并在BT20錠子上采用鉆床打 020mm的眼，深度0.8R，均勻分布于錠子中下部；將金屬鉻粉末或顆粒按制備 該合金需要的配比裝入錠子上的孔中，采用BT20焊條用鎢極氬弧焊進(jìn)行封閉， 組焊成自耗電極；
2) 裝爐
坩堝的法蘭盤(pán)、內(nèi)壁和底座用砂紙打磨光滑，用脫脂棉擦干凈，檢査坩堝 的法蘭盤(pán)與內(nèi)壁的焊縫及其各部分的表面有無(wú)被電弧擊中的燒傷痕跡或凹坑， 用BT20電極殘頭切片放在坩堝底部作為底墊，在底墊上放置30mm高的BT20 三角形引弧料，自耗電極與坩堝內(nèi)壁之間的周?chē)g隙保持一致，約40mm;
3) 熔煉
將自耗電極裝入真空自耗電弧凝殼爐中，啟動(dòng)真空機(jī)組，抽至高真空后起 弧熔煉，熔煉控制參數(shù)
電流為15000A，電壓38V，直空度控制在2xlO'2Pa;冷卻水水壓0. 4MPa， 坩堝進(jìn)水口水溫19°C，坩堝出水口水溫38°C。制成鑄造用合金錠。
采用上述熔煉工藝重熔3次，確保成分均勻，再進(jìn)行熱處理。
鑄態(tài)硬度HRC為38 39，經(jīng)1小時(shí)780。C爐冷退火后為38.5 39.5;經(jīng)l 小時(shí)78(TC固溶水冷后，再經(jīng)十小時(shí)520。C時(shí)效空冷其硬度HRC為39.5 40.5。 合金主要化學(xué)成份按質(zhì)量百分比計(jì)Al為6.25。/。、 Zr為2.0。/。、 Mo為1.5。/b、 V 為2.0%、 Cr為l線(xiàn)雜質(zhì)元素含量控制在C《0.100/。、 Si《0.15%， Fe《0.25%、 N《0.05%、 H《0.015%、 O《0.15%，余量為T(mén)i。
權(quán)利要求
1、一種高硬度鑄造用鈦合金，是以Ti為基體，其特征是主要化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)Al為5.5～7.0％、Zr為1.5～2.5％、Mo為0.5～2.0％、V為0.8～2.5％、Cr為1.5～4％；雜質(zhì)元素含量控制在C≤0.10％、Si≤0.15％、Fe≤0.25％、N≤0.05％、H≤0.015％、O≤0.15％，余量為T(mén)i。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高硬度鑄造用鈦合金的制備方法，其特征包 括下述工藝步驟采用水冷銅坩堝真空自耗凝殼爐進(jìn)行熔配1) 合金電極制備以BT20棒材及金屬鉻作為原材料，BT20鈦合金名義成分為 Ti-6Al-2Zr-lMo-lV的鈦合金，經(jīng)清潔化處理后，將金屬鉻采用機(jī)械粉碎的方法 碎化成一定顆粒的金屬砂，尺寸要求〈lmm，并在BT20錠子上采用鉆床打眼， 眼大小φ10 20mm，深度0.5 0.8R，均勻分布于錠子中下部；將金屬鉻粉末 或顆粒按一定配比裝入錠子上的孔中，采用BT20焊條用鎢極氬弧焊進(jìn)行封閉， 組焊成自耗電極；2) 裝爐坩堝的法蘭盤(pán)、內(nèi)壁和底座用砂紙打磨光滑，用脫脂棉擦干凈，檢査坩堝 的法蘭盤(pán)與內(nèi)壁的焊縫及其各部分的表面有無(wú)被電弧擊中的燒傷痕跡或凹坑， 用BT20電極殘頭切片放在坩堝底部作為底墊，在底墊上放置30mm高的BT20 三角形引弧料，自耗電極與坩堝內(nèi)壁之間的周?chē)g隙保持一致，約30 40mm;3) 熔煉將自耗電極裝入真空自耗電弧凝殼爐中，啟動(dòng)真空機(jī)組，抽至高真空后起 弧熔煉，熔煉控制參數(shù)① 電壓38 40V，電流12000 18000A;② 真空度控制在2xl0-2Pa;③ 自耗電極與坩堝內(nèi)壁的間隙>30mm;④ 冷卻水水壓0.4MPa，坩堝進(jìn)水口水溫19℃,坩堝出水口水溫38℃; 合金錠熔煉完成后進(jìn)行鍛造開(kāi)坯，采用上述熔煉工藝重熔2 3次，確保成分均勻。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高硬度鑄造用鈦合金的制備方法，其特征在 于將制備成的合金錠再進(jìn)行熱處理，采用的熱處理工藝為固溶+時(shí)效，退火； 固溶溫度700 820°C，保溫時(shí)間0.5 2小時(shí)，冷卻方式空淬或水淬； 時(shí)效溫度500 650°C，保溫時(shí)間4 20小時(shí)，冷卻方式空冷； 退火溫度700 820°C，保溫時(shí)間0.5 2小時(shí)，冷卻方式爐冷。
全文摘要
一種高硬度鑄造用鈦合金，是以Ti為基體，其特征是主要化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)Al為5.5～7.0％、Zr為1.5～2.5％、Mo為0.5～2.0％、V為0.8～2.5％、Cr為1.5～4％；雜質(zhì)元素含量控制在C≤0.10％、Si≤0.15％、Fe≤0.25％、N≤0.05％、H≤0.015％、O≤0.15％，余量為T(mén)i。本合金所具有的硬度值與常規(guī)鈦合金硬度值相比，能穩(wěn)定控制在HRC38～42范圍內(nèi)，硬度高，且具有良好的綜合力學(xué)性能，可用于要求具有一定硬度和良好綜合力學(xué)性能的鈦合金部件的研制和生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C22F1/18GK101343705SQ20081001294
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月26日
發(fā)明者劉時(shí)兵, 張春輝, 濤 游, 蘇貴橋, 軍 趙 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)鑄造研究所