專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型低密度鑄造鈦合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄造鈦合金材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種新型低密度鑄造鈦 合金材料。
背景技術(shù)：
鈦合金具有高的比強(qiáng)度、較低的密度和耐腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于航空、航 天、航海、化工和體育休閑領(lǐng)域。 一直以來(lái)，人們希望能得到更低密度的鑄造 鈦合金，從而進(jìn)一步擴(kuò)大鈦合金的應(yīng)用。如研制低密度鈦合金高爾夫球頭，可以降低現(xiàn)用鈦制高爾夫球頭的重量和 增大球頭體積，有利于提高球的飛行距離和擊球的準(zhǔn)確性。通常高爾夫球桿頭有重量限制，如1號(hào)木頭為200g， 1號(hào)鐵頭為200g; 3號(hào)鐵頭為210g等。所以 由低密度材料可制成大尺寸高爾夫球頭，超大尺寸的球桿頭會(huì)給予球手在擊球 時(shí)更大信心，而且使用輕型材料后，球桿頭擊球面的厚度也可以增加，從而增 加剛性。制備低密度鈦合金材料，需要選用低比重的合金元素來(lái)降低材料的密度， 如Al元素。但提高Al含量會(huì)導(dǎo)致材料塑性下降，甚至出現(xiàn)脆斷現(xiàn)象，因此國(guó) 內(nèi)外在制備低密度鈦合金時(shí)困難重重，至今未見(jiàn)實(shí)質(zhì)性的突破。發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種新型低密度鑄造鈦合金材料，可以進(jìn) 一歩降低鈦制產(chǎn)品的重量或增大體積，從而進(jìn)一步擴(kuò)大鈦合金的應(yīng)用范圍。 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
所述的新型低密度鑄造鈦合金材料是以海綿Ti為基體加入純Al、 Al-Mo和 Al-V中間合金組成ZTi-8. 7A1-0. 5Mo_0. 5V，其重量百分比構(gòu)成如下Ti: 89. 0 91.0%; Al: 8.3 9. 0%; Mo: 0. 3 0. 8%; V: 0. 3 0. 8%; 余為不可避免雜質(zhì)。所述的新型低密度鑄造鈦合金材料是將海綿Ti、純Al、 Al-Mo和Al-V中 間合金按重量百分比Ti89. 0 91.0%、 A18. 3 9. 0%、 MoO. 3 0. 8%、 V0. 3 0.8 7。配制經(jīng)均勻混合后壓制成海綿Ti電極，然后將海綿Ti電極在真空自耗電 極電弧爐中進(jìn)行真空熔煉，此時(shí)熔煉真空度0-10Pa、弧電壓32-36V、弧電流 5000-6000A,而后在真空自耗電極凝殼爐真空度0-5Pa、弧電壓30-40V、弧電 流20000-30000A下進(jìn)行ZTi-8. 7A1-0. 5Mo-0. 5V產(chǎn)品澆注，澆注后在80(TC時(shí) 固熔10分鐘，并在480。C時(shí)效6. 5小時(shí)。所述的新型低密度鑄造鈦合金材料還可在真空感應(yīng)爐真空度0-5Pa、熔煉 功率200KW下熔煉后進(jìn)行ZTi-8. 7A1-0. 5Mo-0. 5V產(chǎn)品澆注，澆注后在80(TC時(shí) 固熔10分鐘，并在480"C時(shí)效6. 5小時(shí)。由于采用了如上所述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性1、 本發(fā)明的ZTi-8. 7Al-0.5Mo-0.5V鈦合金具有很低的密度、高的延伸率、沖擊韌性和流動(dòng)性。2、 本發(fā)明的鑄造鈦合金在80(TC進(jìn)行固熔10分鐘處理，產(chǎn)生亞穩(wěn)定的l5 相組織，然后進(jìn)行48(TC時(shí)效6.5小吋處理，使亞穩(wěn)定的e組織析出彌散的a 相，從而改善鈦合金的力學(xué)性能。這種新型低密度鑄造鈦合金的力學(xué)性能和密 度指標(biāo)為1) 密度4. 32--4. 34g/cm3;2) 固熔時(shí)效前鑄造合金的性能室溫屈服強(qiáng)度》700MPa，抗拉強(qiáng)度》 750MPa，延伸率》8%,斷面收縮率》20%，沖擊韌性》30J/cm、3) 80(TC固熔48(rC時(shí)效后合金性能室溫屈服強(qiáng)度》680MPa，抗拉強(qiáng)度》 730MPa，延伸率》9%，斷面收縮率》20%，沖擊韌性》30J/cm、4)具有很好的流動(dòng)性能，適合于澆注鈦合金薄壁零件。3、本發(fā)明的鑄造鈦合金在澆注高爾夫球頭薄壁件的成品率接近100%。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:將海綿Ti、純A1、A1-Mo和Al-V中間合金按重量百分比Ti90. 76%、A18， 32 %、 Mo 0.30%、 V0.347。進(jìn)行配制并均勻混合后壓制成海綿Ti電極，將海綿 Ti電極在真空自耗電極電弧爐中進(jìn)行真空熔煉，熔煉成的鈦合金鑄錠在真空自 耗電極凝殼爐中熔化后澆注高爾夫球頭模殼，其鑄造狀態(tài)下和固熔時(shí)效后的力 學(xué)性能、密度、成品率如下所示室溫屈服強(qiáng)度711MPa，抗拉強(qiáng)度765MPa，延伸率9， 7%，斷面收縮率29. 2 %，沖擊韌性58.0 J/cm2，硬度HRO23.0,密度為4.34 g/ cm3，球頭的澆注 成品率98. 6%。800'C固熔48(TC時(shí)效后合金性能室溫屈服強(qiáng)度704MPa，抗拉強(qiáng)度746MPa， 延伸率9. 8% ，斷面收縮率22. 3% ，沖擊韌性70. 9J/cm2，硬度HRC二29. 5，密 度為4. 34 g/ cm3。實(shí)施例2:將海綿Ti 、純Al 、 Al-Mo和Al-V中間合金按重量百分比Ti90. 03 % 、 A18. 55 %、 Mo0.58%、 V0.547。進(jìn)行配制并均勻混合后壓制成海綿Ti電極，將海綿 Ti電極在真空自耗電極電弧爐中進(jìn)行真空熔煉，熔煉成的鈦合金鑄錠在真空自 耗電極凝殼爐中熔化后澆注高爾夫球頭模殼，其鑄造狀態(tài)下和固熔時(shí)效后的力 學(xué)性能、密度、成品率如下所示室溫屈服強(qiáng)度720MPa，抗拉強(qiáng)度782MPa，延伸率10. 8% ，斷面收縮率27. 9 %，沖擊韌性100.0 J/cm2，硬度服〔=24.8，密度為4. 34 gZ cm3，球頭的澆注 成品率100%。80(TC固熔犯(TC時(shí)效后合金性能室溫屈服強(qiáng)度702MPa，抗拉強(qiáng)度755MPa，
延伸率11. 4% ，斷面收縮率31. 8% ，沖擊韌性95. 9 J/cm2,硬度HRO20. 3， 密度為4. 34 g/ cm3。 實(shí)施例3:將海綿Ti、純Al、Al-Mo和Al-V中間合金按重量百分比Ti89. 58% 、A18. 69 %、 Mo0.72%、 V0.787。進(jìn)行配制并均勻混合后壓制成海綿Ti電極，將海綿 Ti電極在真空自耗電極電弧爐中進(jìn)行真空熔煉，熔煉成的鈦合金鑄錠在真空自 耗電極凝殼爐中熔化后澆注高爾夫球頭模殼，其鑄造狀態(tài)下和固熔時(shí)效后的力 學(xué)性能、密度、成品率如下所示室溫屈服強(qiáng)度744MPa，抗拉強(qiáng)度826MPa，延伸率8.5%，斷面收縮率26. 9 %，沖擊韌性68.7 J/cm2，硬度HRC=31.1，密度為4.34 g/ cm3，球頭的澆注 成品率100%。800°C固熔48(TC時(shí)效后合金性能室溫屈服強(qiáng)度733MPa，抗拉強(qiáng)度811MPa， 延伸率11. 4% ，斷面收縮率23. 1 % ，沖擊韌性76. 7 J/cm2，硬度HRC=29. 0，密度為4. 34 g/ cm3。上述3例材料含量其余量均為不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明在Ti-Al-Mo-V四元合金系化學(xué)成分的基礎(chǔ)上，運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)， 以海綿Ti為基體加入純Al、 Al-Mo和Al-V中間合金，Al可以進(jìn)一步的降低材 料的密度和提高材料的強(qiáng)度及流動(dòng)性能；Mo和V的熔點(diǎn)很高、不易溶解，為 了在海綿Ti基體中加入Mo和V合金元素，材料制造時(shí)采用Al-Mo、 Al-V中 間合金的形式加入，Mo和V可以提高材料強(qiáng)度的同時(shí)抑制Ti3Al脆性相的析出。 通過(guò)考察不同的合金元素及元素含量對(duì)材料的密度、材料力學(xué)性能及鑄造性能 等的影響，得到了一種新型低密度鑄造鈦合金材料ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V，該 材料熱處理前后均具有較佳的力學(xué)性能。當(dāng)Al含量低于卜限時(shí)材料密度降低不 明顯，高于卜.限時(shí)Ti3Al脆性相析出過(guò)多，導(dǎo)致Mo和V難以抑制Ti3Al脆性相 的析出；當(dāng)Mo和V含量低于下限時(shí)難以抑制T"i3Al脆性相的析出,高于上限時(shí) 高比重的Mo和V元素會(huì)提高材料的密度。 綜上所述，ZTi-8. 7A1-0. 5Mo-0. 5V低密度鈦合金具有很低的密度、高的延 伸率、沖擊韌性，且具有較佳的強(qiáng)度。該材料在鑄造狀態(tài)下RP。.2>700MPa， Rm ^750MPa， A》8%， Z>20%， ak>30J/cm2， p二 4. 32--4. 34g/ cm3; 800。C固 熔480。C時(shí)效后Rp0》680MPa， Rm^730MPa， A>9%， Z》20%， a)30J/cm2， P = 4. 32—4. 34g/cm3。此外，該材料還可在真空感應(yīng)爐真空度0-5Pa、熔煉功率200KW下熔煉 后進(jìn)行ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V產(chǎn)品澆注，澆注后在800。C時(shí)固熔10分鐘，并在 480。C時(shí)效6.5小時(shí)。該材料具有很高的鑄造流動(dòng)性能，適合于澆注鈦合金薄壁件。
權(quán)利要求
1、一種新型低密度鑄造鈦合金材料，其特征在于該材料是以海綿Ti為基體加入純Al、Al-Mo和Al-V中間合金組成ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V，其重量百分比構(gòu)成如下Ti89. 0～91.0％；純Al8.3～9.0％；Mo0.3～0.8％；V0.3～0.8％；余為不可避免雜質(zhì)。
2、 如權(quán)利要求1所述的新型低密度鑄造鈦合金材料，其特征在于將海綿Ti、 Al、 Al-Mo和Al-V中間合金按重量百分比Ti89.0 91.0%、 Al 8. 3 9. 0 %、 Mo0.3 0.8%、 V0.3 0.87。配制經(jīng)均勻混合后壓制成海綿Ti電極，然后 將海綿Ti電極在真空自耗電極電弧爐中進(jìn)行真空熔煉，此時(shí)熔煉真空度 0-10Pa、弧電壓32-36V、弧電流5000-6000A,而后在真空自耗電極凝殼爐真空 度0-5Pa、弧電壓30-40V、弧電流20000-30000A下進(jìn)行ZTi-8. 7A1-0. 5Mo-0. 5V 產(chǎn)品澆注，澆注后在80(TC時(shí)固熔10分鐘，并在48(TC時(shí)效6. 5小時(shí)。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的新型低密度鑄造鈦合金材料，其特征在于該 材料還可在真空感應(yīng)爐真空度0-5Pa、熔煉功率200KW下熔煉后進(jìn)行 ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V產(chǎn)品澆注，澆注后在80(TC時(shí)固熔10分鐘，并在480°C 時(shí)效6.5小時(shí)。
全文摘要
一種新型低密度鑄造鈦合金材料以海綿Ti為基體加入純Al、Al-Mo和Al-V中間合金組成ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V，按重量百分比Ti 89.0～91.0％、Al 8.3～9.0％、Mo 0.3～0.8％、V 0.3～0.8％配制經(jīng)均勻混合后壓制成海綿Ti電極，然后將海綿Ti電極在真空自耗電極電弧爐中進(jìn)行真空熔煉，熔煉真空度0-10Pa、弧電壓32-36V、弧電流5000-6000A，而后在真空自耗電極凝殼爐真空度0-5Pa、弧電壓30-40V、弧電流20000-30000A下進(jìn)行ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V產(chǎn)品澆注，澆注后800℃時(shí)固熔10分鐘，并在480℃時(shí)效6.5小時(shí)。
文檔編號(hào)C22C1/03GK101397620SQ20071018963
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月26日
發(fā)明者周洪強(qiáng), 王孟光, 陳志強(qiáng) 申請(qǐng)人:洛陽(yáng)雙瑞精鑄鈦業(yè)有限公司