一種高品質(zhì)鈦合金(вт6с)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于稀有金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高品質(zhì)鈦合金(ВТ6С)的制造方法，鋁以鈦?鋁中間合金和釩?鋁中間合金的形式加入，鈦鋁中間合金的制備，微量元素鋯的加入方法，細(xì)化晶粒用微量元素的加入方法，熔煉工藝控制，填加改善冷熱加工性能的微量元素和細(xì)化晶粒的微量元素，改善其成分組織，提高其機(jī)械性能。
【專利說明】
一種高品質(zhì)鈦合金(B T6C )的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于稀有金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高品質(zhì)鈦合金(BT6C)的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦及鈦合金按組織分為α，近α，α+β，近β，β型鈦合金，BT 6 C為俄羅斯(前蘇聯(lián))牌號，中國牌號為TC4ELI，美國牌號為Gr.5;主成分為Ti_6Al_4V，組織為α+β兩相鈦合金;該類合金是上世紀(jì)50年代研發(fā)，由于其綜合機(jī)械性能優(yōu)良而廣泛使用，全世界該類合金使用量約占鈦合金使用量的80%;主要應(yīng)用在航空航天，海上油氣田等結(jié)構(gòu)件和鈦合金受力部件上，該類鈦合金作為人體植入材料也有廣泛的使用。
[0003]該類合金是典型的兩相合金，主成分范圍各國牌號差別不大，但微量元素和低間隙雜質(zhì)控制范圍有明顯的區(qū)別;特別是俄羅斯生產(chǎn)的B T6 C比中國和美國生產(chǎn)的同類鈦合金其機(jī)械性能有明顯優(yōu)勢;從近年來我國引進(jìn)俄羅斯的飛機(jī)，潛艇的使用情況看，國產(chǎn)化過程中我國同類材料機(jī)械性能明顯偏低和不穩(wěn)定。其主要問題是:鋁含量不穩(wěn)定;微量元素特別是可以細(xì)化晶粒的元素沒有填加或無方法加入;0，N，C，F(xiàn)e雜質(zhì)控制范圍不正確;我國各鈦合金生產(chǎn)單位的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是:海綿鈦+釩鋁中間合金+純鋁豆或鋁箔補(bǔ)鋁，大混料或加包中間合金包——擠壓電極塊——組焊自耗電極——二次或三次真空自耗熔煉——鈦鑄錠;其中，鋁的加入和控制是以釩鋁中間合金和純鋁的形式;0，N，C，F(xiàn)e是以海綿鈦和釩鋁中間合金含量為基礎(chǔ)，考慮熔煉因素來控制;細(xì)化晶粒的微量元素基本沒有填加;存在主要問題是:純鋁在熔煉中，由于其熔點(diǎn)低，熔煉過程中有燒損和揮發(fā)，熔煉前中后期熔煉工藝參數(shù)不同損耗程度不一樣，所以鋁含量在鑄錠的上中下部是不均勻的，鋁是α相穩(wěn)定元素，對強(qiáng)化鈦合金很敏感，雖然鋁含量都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但是組織和性能沒有一致性。
[0004]國內(nèi)很多生產(chǎn)單位甚至用填加雜質(zhì)氧和鐵來保證其機(jī)械性能，完全是本末到置；鈦合金成分決定組織，組織決定性能，成分控制是機(jī)械性能高低的基礎(chǔ)，因此我們必須采取措施保證成分的均勻性;特別是做為人體植入材料，晶粒組織，機(jī)械性能，有比較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述存在的問題，本發(fā)明提供一種高品質(zhì)鈦合金(BT 6 C )的制造方法。
[0006]本發(fā)明的高品質(zhì)鈦合金(BΤ6 C )的制造方法，要點(diǎn)在于
①鋁，釩的加入方法和范圍；
鋁以鈦-鋁中間合金和釩-鋁中間合金的形式加入；
欽招中間合金的制備；
由于鋁的熔點(diǎn)低，以純鋁的形式補(bǔ)鋁，熔煉過程中燒損和揮發(fā)，所以必須制備鈦-鋁中間合金;鈦鋁可以形成金屬間化合物，原料為用高純鋁和高純鈦，采用水冷銅坩禍真空感應(yīng)爐熔煉;成分范圍為Al:45-55%(原子百分比)，抽高真空后充氬氣熔煉，精煉30分鐘后澆鑄中間合金錠;冷卻后出爐，粉碎后備用；
釩-鋁合金制備
釩鋁合金生產(chǎn)國內(nèi)普遍工藝是鋁熱法，成本低產(chǎn)量高，但是雜質(zhì)含量高，特別是0，N，C含量極不穩(wěn)定，每爐都不一樣；因此必須要精煉一次；同樣采用水冷銅坩禍真空感應(yīng)爐精煉;熔煉工藝同鈦鋁中間合金;雜質(zhì)范圍控制在0<0.08%,N<0.03%，C<0.05%；
②微量元素鋯的加入方法
Zr的加入能夠明顯提高鈦合金的冷熱加工性能，本發(fā)明的加入方法為海綿鋯和海綿鈦混料加入，成分控制范圍為Zr: 0.1 -0.4%;
③細(xì)化晶粒用微量元素的加入方法
B T 6 C鈦合金是一種低間隙雜質(zhì)含量的鈦合金;為保證其機(jī)械性能加入細(xì)化晶粒的元素:B(硼)和RE(稀土)非常重要;但由于其化學(xué)活性大，一般在自耗熔煉加入很困難，收得率低，不容易控制;本發(fā)明采用加入到鈦鋁中間合金的方式間接加入，均勻性好，收得率高。加入量控制在鈦鋁合金總量的B: 1-3%(原子百分比)，RE:5-10%(原子百分比)；
④熔煉工藝控制
熔煉過程對于獲得高品質(zhì)鈦合金鑄錠非常重要;本發(fā)明采取二次真空自耗熔煉方式；第一次熔煉過程采取大抽氣率高真空方式，有目的去除海綿鈦中的揮發(fā)物，嚴(yán)格控制0.N等雜質(zhì)的增加;第二次熔煉采取先高真空后充氬氣，在氬氣保護(hù)下自耗熔煉的方式，目的是防止鋁和微量元素?fù)]發(fā)燒損;調(diào)整鑄錠組織;成分均勻化，防止偏析；
B T 6 C鈦合金鑄錠生產(chǎn)過程工藝:
海綿鈦(O級)+鈦鋁中間合金+釩鋁中間合金+海綿鋯一一混料一一液壓機(jī)擠壓自耗電極塊一一等離子組焊自耗電極一一一次真空自耗熔煉一一二次真空自耗熔煉一一鈦合金鑄錠；
B T 6 C鈦合金鑄錠的成分控制范圍為(重量百分比):
(A1+0+4N):6.30-6.50%
(V+Fe):4.20-4.45%
Zr:0.1-0.4%
(0+4N)<0.09%
Η<0.008 %
C<0.03%
(B+RE):0.01-0.03%。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:利用高品質(zhì)的海綿鈦，鈦鋁中間合金，釩鋁中間合金精準(zhǔn)控制B T6 C鈦合金的合金含量和雜質(zhì)含量，填加改善冷熱加工性能的微量元素和細(xì)化晶粒的微量元素，改善其成分組織，提高其機(jī)械性能。
【具體實(shí)施方式】
[0008]下面對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0009]本發(fā)明的高品質(zhì)鈦合金(BT6C )的制造方法:
①鋁，釩的加入方法和范圍
鋁以鈦-鋁中間合金和釩-鋁中間合金的形式加入鈦鋁中間合金的制備
由于鋁的熔點(diǎn)低，以純鋁的形式補(bǔ)鋁，熔煉過程中燒損和揮發(fā)，所以必須制備鈦-鋁中間合金;鈦鋁可以形成金屬間化合物，原料為用高純鋁和高純鈦，采用水冷銅坩禍真空感應(yīng)爐熔煉;成分范圍為Al:45-55%(原子百分比)，抽高真空后充氬氣熔煉，精煉30分鐘后澆鑄中間合金錠;冷卻后出爐，粉碎后備用；
釩-鋁合金制備
釩鋁合金生產(chǎn)國內(nèi)普遍工藝是鋁熱法，成本低產(chǎn)量高，但是雜質(zhì)含量高，特別是0，N，C含量極不穩(wěn)定，每爐都不一樣；因此必須要精煉一次；同樣采用水冷銅坩禍真空感應(yīng)爐精煉;熔煉工藝同鈦鋁中間合金;雜質(zhì)范圍控制在0<0.08%,N<0.03%，C<0.05%；
②微量元素鋯的加入方法
Zr的加入能夠明顯提高鈦合金的冷熱加工性能，本發(fā)明的加入方法為海綿鋯和海綿鈦混料加入，成分控制范圍為Zr: 0.1 -0.4%;
③細(xì)化晶粒用微量元素的加入方法
B T 6 C鈦合金是一種低間隙雜質(zhì)含量的鈦合金;為保證其機(jī)械性能加入細(xì)化晶粒的元素:B(硼)和RE(稀土)非常重要;但由于其化學(xué)活性大，一般在自耗熔煉加入很困難，收得率低，不容易控制;本發(fā)明采用加入到鈦鋁中間合金的方式間接加入，均勻性好，收得率高；加入量控制在鈦鋁合金總量的B: 1-3%(原子百分比)，RE:5-10%(原子百分比)；
④熔煉工藝控制
熔煉過程對于獲得高品質(zhì)鈦合金鑄錠非常重要;本發(fā)明采取二次真空自耗熔煉方式；第一次熔煉過程采取大抽氣率高真空方式，有目的去除海綿鈦中的揮發(fā)物，嚴(yán)格控制0.N等雜質(zhì)的增加;第二次熔煉采取先高真空后充氬氣，在氬氣保護(hù)下自耗熔煉的方式，目的是防止鋁和微量元素?fù)]發(fā)燒損;調(diào)整鑄錠組織;成分均勻化，防止偏析；
B T 6 C鈦合金鑄錠生產(chǎn)過程工藝:
海綿鈦(O級)+鈦鋁中間合金+釩鋁中間合金+海綿鋯一一混料一一液壓機(jī)擠壓自耗電極塊一一等離子組焊自耗電極一一一次真空自耗熔煉一一二次真空自耗熔煉一一鈦合金鑄錠；
B T 6 C鈦合金鑄錠的成分控制范圍為(重量百分比):
(A1+0+4N):6.30-6.50%
(V+Fe):4.20-4.45%
Zr:0.1-0.4%
(0+4N)<0.09%
Η<0.008 %
C<0.03%
(B+RE):0.01-0.03%;
以B T 6 C光棒材為例的生產(chǎn)工藝:上述鈦合金鑄錠，經(jīng)過車削拔皮，去鑄錠頭尾后進(jìn)行熱加工，經(jīng)過熱鍛開坯，修磨等工序進(jìn)行熱鍛(熱乳)成毛坯棒，經(jīng)過熱處理，校直后車光(粗棒)；毛坯棒經(jīng)過冷(溫)拉，熱處理，校直，扒皮后磨光(細(xì)棒)；
生產(chǎn)工藝為:
鈦合金鑄錠一一熱鍛開坯一一熱鍛(熱乳)一一熱處理一一校直一一扒氧化皮一一車(磨)光一一探傷檢查一一成品；
成品棒材退火狀態(tài)機(jī)械性能范圍為:Ob: 900-980MPa; δ: 12-16%; Ψ >30%，填加改善冷熱加工性能的微量元素和細(xì)化晶粒的微量元素，改善其成分組織，提高其機(jī)械性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高品質(zhì)鈦合金(B T6C )的制造方法，其特征在于: 鋁，釩的加入方法和范圍 鋁以鈦-鋁中間合金和釩-鋁中間合金的形式加入 鈦鋁中間合金的制備 由于鋁的熔點(diǎn)低，以純鋁的形式補(bǔ)鋁，熔煉過程中燒損和揮發(fā)，所以必須制備鈦-鋁中間合金;鈦鋁可以形成金屬間化合物，原料為用高純鋁和高純鈦，采用水冷銅坩禍真空感應(yīng)爐熔煉;成分范圍為Al:45-55%(原子百分比)，抽高真空后充氬氣熔煉，精煉30分鐘后澆鑄中間合金錠;冷卻后出爐，粉碎后備用； 釩-鋁合金制備 釩鋁合金生產(chǎn)國內(nèi)普遍工藝是鋁熱法，成本低產(chǎn)量高，但是雜質(zhì)含量高，特別是0，N，C含量極不穩(wěn)定，每爐都不一樣；因此必須要精煉一次；同樣采用水冷銅坩禍真空感應(yīng)爐精煉;熔煉工藝同鈦鋁中間合金;雜質(zhì)范圍控制在0<0.08%,N<0.03%，C<0.05%； 微量元素鋯的加入方法 Zr的加入能夠明顯提高鈦合金的冷熱加工性能，本發(fā)明的加入方法為海綿鋯和海綿鈦混料加入，成分控制范圍為Zr: 0.1 -0.4%; 細(xì)化晶粒用微量元素的加入方法 B T6C鈦合金是一種低間隙雜質(zhì)含量的鈦合金;為保證其機(jī)械性能加入細(xì)化晶粒的元素:B(硼)和RE(稀土)非常重要;但由于其化學(xué)活性大，一般在自耗熔煉加入很困難，收得率低，不容易控制;本發(fā)明采用加入到鈦鋁中間合金的方式間接加入，均勻性好，收得率高；加入量控制在鈦鋁合金總量的B: 1-3%(原子百分比)，RE:5-10%(原子百分比)； 熔煉工藝控制 熔煉過程對于獲得高品質(zhì)鈦合金鑄錠非常重要;本發(fā)明采取二次真空自耗熔煉方式；第一次熔煉過程采取大抽氣率高真空方式，有目的去除海綿鈦中的揮發(fā)物，嚴(yán)格控制0.N等雜質(zhì)的增加;第二次熔煉采取先高真空后充氬氣，在氬氣保護(hù)下自耗熔煉的方式，目的是防止鋁和微量元素?fù)]發(fā)燒損;調(diào)整鑄錠組織;成分均勻化，防止偏析； B T 6 C鈦合金鑄錠生產(chǎn)過程工藝: 海綿鈦(O級)+鈦鋁中間合金+釩鋁中間合金+海綿鋯一一混料一一液壓機(jī)擠壓自耗電極塊一一等離子組焊自耗電極一一一次真空自耗熔煉一一二次真空自耗熔煉一一鈦合金鑄錠； B T 6 C鈦合金鑄錠的成分控制范圍為(重量百分比): (A1+0+4N):6.30-6.50% (V+Fe):4.20-4.45% Zr:0.1-0.4% (0+4N)<0.09% Η<0.008 % C<0.03% (B+RE):0.01-0.03%o
【文檔編號】C22C1/03GK105925842SQ201610372929
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】尹權(quán)豐
【申請人】沈陽中核艦航特材科技有限公司