[發明專利]低成本的鍛造鈦合金材料、制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201911326679.2
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111041273A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 朱樂樂
• 申請（專利權）人: 洛陽雙瑞精鑄鈦業有限公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/03;B21C37/02;A63B53/04;A63B53/08;A63B102/32
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 常曉虎

本發明涉及一種低成本的鍛造鈦合金材料、制備方法及其應用，鈦合金的材料牌號為Ti?4Al?1Mo?1Cr?1Fe，其化學成分按重量百分比為：Al：2%~6%、Mo：0.6%~1.4%、Cr：0.6%~1.4%、Fe：0.6%~1.8%，余量為Ti和不可避免的雜質。在制備時，將海綿鈦、純鋁、鉬鐵合金、鉻鐵合金，按照上述化學成分配比混合，然后擠壓成熔煉用的自耗電極，經真空自耗電弧爐二次或二次以上熔煉成鑄錠，再經鍛造獲得所述的鍛造鈦合金材料。本發明的Ti?4Al?1Mo?1Cr?1Fe鈦合金具有較低的密度，高的強度、塑性、彈性模量，熱鍛、熱軋、冷鍛、冷軋工藝性能，適合用于高爾夫球頭頂蓋和底板。

技術領域

本發明屬于鈦合金材料技術領域，具體涉及一種低成本的鍛造鈦合金材料、制備方法及其應用。

背景技術

鈦及鈦合金具有密度小、屈強比高、耐腐蝕等許多優點，被譽為“崛起的第三金屬”，是一種重要的戰略金屬材料，對國民經濟的建設、發展具有重要作用。隨著人們對鈦知識的了解逐漸深入，鈦及鈦合金得到了越來越廣泛的推廣應用，特別是體育用品、建筑、電力、汽車等民用行業用鈦量逐年增加。但高價格一直是制約鈦合金大量應用的最大障礙。因此，降低材料成本一直是鈦合金研究領域最受關注的重點之一。目前，最有效的降低鈦合金成本的途徑有以下幾個方面：（1）開發新型鈦合金，主要合金元素所需添加的中間合金含量較少或者價格較低；（2）在熔煉鑄錠時，能夠添加較大比例的鈦殘料；（3）改進制備技術，降低熔煉，加工成本。

鈦制高爾夫球頭是鈦合金在體育制品行業應用的一個典型，該行業的用鈦量保持了一個相對穩定的增長，鈦制高爾夫球頭的頂蓋和底板是用鈦量最大的部位，一般采用中等強度的鈦合金板，如：TC1、Gr4、Ti-4Zr、64Ti、KS100、Ti15333，等。近幾年，隨著對高爾夫球頭性能要求的不斷提高，也對鈦合金提出了更高的性能指標要求。同時，鈦制高爾夫球頭用量的增大，也帶來了降低成本的需求。但是，現有產品中采用TC1合金，由于加入了1.5%的錳元素，熔煉工藝復雜，導致板材成本較高。采用的Gr4合金強度偏低，強度都在650 MPa以上。采用的Ti-4 Zr鈦合金的強度和硬度偏低，使用效果不太理想，而且由于該合金中加入了4%的鋯元素，使得成本相對較高。KS100的合金元素只有1%，與純鈦相近，強度與Ti64合金相當，故其性價比高。所以，在日益激烈的市場競爭中，用戶希望能夠得到一種冷成型能力優異、拉伸強度在700 MPa以上，延伸率15%以上、斷面收縮率高，塑韌性良好，價格較低的鈦合金來制造高爾夫球頭頂蓋和底板。

發明內容

本發明的目的是提供一種低成本的鍛造鈦合金材料、制備方法及其應用，對合金成分及原材料進行選取設計，通過降低合金原材料成本，配制熔煉出成本較低的高強度高延伸率鍛造鈦合金材料，該材料具有優良的力學性能，再經鍛造、熱軋、冷軋的方法可加工成高爾夫球頭頂蓋和底板用的鈦合金板材。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種低成本的鍛造鈦合金材料，其鈦合金的材料牌號為Ti-4Al-1Mo-1Cr-1Fe，其化學成分按重量百分比為：Al：2%~6%、Mo：0.6%~1.4%、Cr：0.6%~1.4%、Fe：0.6%~1.8%，余量為Ti和不可避免的雜質。

上述低成本的鍛造鈦合金材料屈服強度≥620MPa，抗拉強度≥720MPa，延伸率≥15%，斷面收縮率≥35%，彈性模量≥115GPa。

一種鈦合金材料的制備方法，用于制備所述的低成本的鍛造鈦合金材料，將海綿鈦、純鋁、鉬鐵合金、鉻鐵合金，按照上述化學成分配比混合，然后擠壓成熔煉用的自耗電極，經真空自耗電弧爐二次或二次以上熔煉成鑄錠，熔煉真空度0-5Pa，弧電壓30-40V，弧電流5000-10000A；熔煉后的鑄錠經去除收弧端縮孔和表皮，制備成鍛造用光錠；然后，將所得光錠采用多火次鍛造，每火次鍛造進行數次墩拔，得到所需的低成本的鍛造鈦合金材料。