93] 步驟3,將步驟2制備得到的電極，在真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次真空熔煉，得到 WSTi6211F鈦合金鑄錠：
[0094] -次熔煉：坩堝規(guī)格Φ 560mm，熔前真空度2. OPa，預(yù)真空度3. OPa，漏氣率1.0 Pa/ min，熔煉電壓45V，熔煉電流30kA，穩(wěn)弧電流直流18A，冷卻時間5h ;
[0095] 二次熔煉：坩堝規(guī)格Φ 640mm，熔前真空度2. OPa，預(yù)真空度2. OPa，漏氣率1.0 Pa/ min，熔煉電壓40V，熔煉電流32kA，穩(wěn)弧電流交流20. 0A，冷卻時間6h ;
[0096] 三次熔煉：坩堝規(guī)格Φ 720mm，熔前真空度2. OPa，預(yù)真空度1.0 Pa，漏氣率1.0 Pa/ min，熔煉電壓40V，熔煉電流35kA，穩(wěn)弧電流交流22. 0A，冷卻時間7h。
[0097] 步驟4,采用4500噸位快鍛機(jī)對Φ560πι成品鑄錠進(jìn)行高溫開坯鍛造（鐓粗、拔長 交替進(jìn)行）：
[0098] 在相變點(diǎn)以上150± KTC加熱，并保溫2小時，后出爐鍛造，進(jìn)行3火次鐓粗、拔長， 每一火次變形量50 %~70%，充分破碎鑄錠心部的粗大的鑄態(tài)組織。鍛后鍛坯冷卻方式選 擇水冷，水冷時間60分鐘以上。
[0099] 步驟5,采用1600噸位快鍛機(jī)對鍛坯進(jìn)行中間火次鍛造（鐓粗、拔長交替進(jìn)行）：
[0100] 在相變點(diǎn)以下60~80°C加熱，保溫3小時，然后進(jìn)行4火次鐓粗、拔長，每火次變 形量控制在50%~70%，以充分破碎、細(xì)化棒材坯料的高溫組織，同時減弱棒材橫向和縱 向組織的方向性，終鍛溫度控制在800°C以上；最后對鍛坯進(jìn)行冷卻，冷卻方式選擇空冷。
[0101] 步驟6,采用4500噸位快鍛機(jī)對鍛坯進(jìn)行拔長與摔圓：
[0102] 在相變點(diǎn)以下60~80°C加熱，保溫3小時，然后進(jìn)行4火次拔長，每火次變形量 控制在45%~70%，以進(jìn)一步破碎、細(xì)化、均勻化棒材坯料的組織，冷卻時采用空冷。最后 在60~80°C加熱保溫，對鍛坯進(jìn)行摔圓鍛造，終鍛溫度控制在800°C以上，摔圓時應(yīng)保證有 10 %以上的變形量，摔圓后得到的Φ 400 ± IOmm棒采用空冷。
[0103] 對實(shí)施例中制備得到的尺寸分別為Φ 560mm、Φ 640mm和Φ 720mm的WSTi62IlF合 金鑄錠的縱向頭、上、中、下、尾5點(diǎn)，頭部和底部橫截面的邊緣、0. 5R和中心3個部位分別取 樣對主元素和雜質(zhì)元素進(jìn)行化學(xué)成分檢測，數(shù)據(jù)顯示鑄錠各部位各元素成分分布均勻以及 批次間的穩(wěn)定性較好；對鑄錠頭、中、尾部位切片進(jìn)行X射線透射，結(jié)果顯示未發(fā)現(xiàn)任何成 分偏析和冶金缺陷；3批鑄錠各個部位取樣測試的主元素分布及含量如圖1-圖3所示。
[0104] 對實(shí)施例中制備得到3批鑄錠鍛造制備的棒材進(jìn)行性能測試，結(jié)果表明： WSTi6211F鈦合金在應(yīng)變率從2000S1升到3000S 1時，流變應(yīng)力增加了 60Mpa，高于TC4 鈦合金（增加幅度31MPa)，同時沖擊吸收能增加了 165J*cm3，高于TC4鈦合金（增加 幅度123J · cm 3)，測試數(shù)據(jù)表明，隨著應(yīng)變率的提高，WSTi6211F的應(yīng)變率強(qiáng)化效果好于 TC4(Ti-6Al-4V)，熱軟化程度小于TC4(Ti-6Al-4V)，綜合的效果，即使在高應(yīng)變條件下， WSTi6211F材料形狀更加穩(wěn)定，抗絕熱剪切能力更好，典型動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變曲線見圖4所示。
[0105] 圖5中a、b分別為WSTi6211F和TC4斷口宏觀形貌20倍放大圖，c、d分別為 WSTi621 IF和TC4斷口微觀形貌200倍放大圖，e、f分別為WSTi621 IF和TC4斷口金相組織 200倍放大圖，從圖5中兩組斷口形貌對比可見，TC4(Ti-6Al-4V)斷裂斷口較為光滑平坦， 韌窩面積略少，且含有部分臺階，表明其抵擋塑性變形能力略弱。而WSTi6211F鈦合金斷口 較為粗糙，韌窩幾乎分布在整個斷面上，韌性良好，抗裂紋擴(kuò)展能力較強(qiáng)。表明WSTI6211F 材料的塑性和韌性更好。
[0106] 相比本發(fā)明制備得到的WSTi6211F鈦合金材料與傳統(tǒng)TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金材 料的綜合性能，結(jié)果如表1與表2所示：
[0107] 表1 WSTi6211F與TC4(Ti-6Al-4V)合金常規(guī)性能對比表
[0108] CN 105177355 A 說明書 8/8 頁
[0109] 表2 WSTi6211F與TC4(Ti-6Al-4V)合金動態(tài)性能對比表
[0111] 由上表可知，與傳統(tǒng)TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金材料相比，WSTi6211F鈦合金材料具 有明顯的性能優(yōu)勢，尤其是動態(tài)性能。WSTi6211F合金工業(yè)級大型鑄錠成分均勻，制備的棒 材組織和性能均勻、穩(wěn)定，且動態(tài)性能優(yōu)異，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高動態(tài)性能近a型鈦合金，其特征在于，按照質(zhì)量百分比由以下元素組成：A1 : 5. 0% ~6. 8%，Zr:1. 5% ~2. 4%，Mo:1.O%~L9%，V:1. 5 %~2. 5%，F(xiàn)e:0? 05% ~ 0. 30%，0 :0. 05%~0. 14%，余量為Ti，以上組分質(zhì)量百分比之和為100%。2. -種高動態(tài)性能近a型鈦合金的制備方法，其特征在于，具體按以下步驟實(shí)施： 步驟1，制備電極塊： 采用AlMo、A1V、TiFe中間合金與海綿鈦和1102粉末進(jìn)行單塊電極混料，并壓制成電 極塊；AlMo、A1V、TiFe中間合金與海綿鈦和TiO2粉末混合后，各元素的質(zhì)量百分比為：Al : 5. 0% ~6. 8%，Zr :1. 5% ~2. 4%，Mo :1. 0%~L9%，V :1. 5 %~2. 5%，F(xiàn)e :0? 05% ~ 0. 30%，0 :0. 05%~0. 14%，余量為Ti，以上組分質(zhì)量百分比之和為100% ; 步驟2,制備電極： 用夾具夾緊步驟1制得的電極塊，采用非鎢極氬氣保護(hù)等離子箱將電極塊焊接成圓柱 形的電極； 步驟3,真空熔煉： 將步驟2制備得到的電極，在真空自耗電弧爐中進(jìn)行3次真空熔煉，得到WSTi621IF鈦 合金鑄錠； 步驟4,開坯鍛造： 對WSTi62IlF鈦合金鑄錠在其相變點(diǎn)以上進(jìn)行高溫開坯鍛造； 步驟5,中間火次鍛造： 對經(jīng)步驟4鍛造后的WSTi6211F鈦合金鍛坯在相變點(diǎn)以下進(jìn)行中間火次鍛造； 步驟6,拔長、摔圓： 對經(jīng)步驟5鍛造后的WSTi6211F鈦合金鍛坯在相變點(diǎn)以下進(jìn)行拔長與摔圓，即得到高 動態(tài)性能近a型鈦合金。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高動態(tài)性能近a型鈦合金的制備方法，其特征在于，所 述步驟1中海綿鈦的顆粒度為0. 83~12. 7mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高動態(tài)性能近a型鈦合金的制備方法，其特征在于，所 述步驟3中三次真空熔煉的參數(shù)，具體為： 一次熔煉：坩堝規(guī)格0440~? 560mm，熔前真空度< 2.OPa，預(yù)真空度< 3.OPa，漏氣 率彡I.OPa/min，熔煉電壓28~45V，熔煉電流12~30kA，穩(wěn)弧電流直流6. 0~18. 0A，冷 卻時間彡4h; 二次熔煉：坩堝規(guī)格0520~? 640mm，熔前真空度< 2.OPa，預(yù)真空度< 2.OPa，漏氣 率彡I.OPa/min，熔煉電壓30~40V，熔煉電流22~32kA，穩(wěn)弧電流交流8. 0~20. 0A，冷 卻時間彡5h; 三次熔煉：坩堝規(guī)格〇 560~? 720mm，熔前真空度彡2.OPa，預(yù)真空度彡I.OPa，漏氣 率彡I.OPa/min，熔煉電壓30~40V，熔煉電流23~35kA，穩(wěn)弧電流交流12. 0~22. 0A，冷 卻時間彡6h。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高動態(tài)性能近a型鈦合金的制備方法，其特征在于，所 述步驟4中相變點(diǎn)以上進(jìn)行高溫開坯鍛造，具體為：在80~200°C加熱保溫后出爐鍛造，進(jìn) 行2~3火次鐓粗、拔長，每一火次變形量為45 %~70 %，然后對鍛坯進(jìn)行冷卻，冷卻方式 為空冷或水冷，水冷時間Ih以上。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高動態(tài)性能近a型鈦合金的制備方法，其特征在于，所 述步驟5中相變點(diǎn)以下進(jìn)行中間火次鍛造，具體為：在20~80°C加熱，保溫2~3小時，隨 后進(jìn)行3~4火次鐓粗、拔長，每火次變形量為45 %~70%，然后對鍛坯進(jìn)行冷卻，冷卻方 式為空冷或水冷，水冷時間Ih以上。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高動態(tài)性能近a型鈦合金的制備方法，其特征在于，所 述步驟6中相變點(diǎn)以下進(jìn)行拔長與摔圓，具體為：在40~80°C加熱，保溫2~3小時，隨后 進(jìn)行2~4火次拔長，每火次變形量為45 %~70%，然后進(jìn)行冷卻，冷卻方式采用空冷；最 后在40~80°C加熱保溫，進(jìn)行鍛坯摔圓，摔圓時應(yīng)保證有10%以上的變形量，摔圓后采用 空冷或水冷。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高動態(tài)性能近α型鈦合金,按照質(zhì)量百分比由以下元素組成：Al：5.0％～6.8％，Zr：1.5％～2.4％，Mo：1.0％～1.9％，V：1.5％～2.5％，F(xiàn)e：0.05％～0.30％，O：0.05％～0.14％，余量為Ti，以上組分質(zhì)量百分比之和為100％。本發(fā)明還公開了鈦合金的制備方法。本發(fā)明采用純凈化和高均勻化熔煉方法細(xì)化了大型鑄錠的鑄態(tài)組織并提高了鑄錠成分的微觀均勻性，同時通過控制Al和O元素的含量，既保證了WSTi6211F鈦合金具有足夠的強(qiáng)度，又大幅度提高了WSTi6211F鈦合金的塑性和韌性，再結(jié)合高溫均勻化處理和循環(huán)鍛造工藝，達(dá)到了提高鈦合金動態(tài)性能的目的。
【IPC分類】C22B9/20, C22C1/02, C22C14/00
【公開號】CN105177355
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】郝芳, 毛友川, 賴運(yùn)金, 杜予晅, 李少強(qiáng)
【申請人】西部超導(dǎo)材料科技股份有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年7月17日