[發(fā)明專利]一種TC4鈦合金棒材及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011630201.1
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112795812A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉娣;張利軍;張晨輝;周中波;薛祥義;吳天棟;劉小花
• 申請（專利權(quán)）人: 西安西工大超晶科技發(fā)展有限責(zé)任公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/03;C22B9/20;C22F1/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 王艾華

一種TC4鈦合金棒材及其制備方法，按質(zhì)量百分比計，6.0～6.5％Al、3.9～4.4％V、0.15～0.30％Fe、0.14～0.19％O，余量為Ti，將鋁豆、鋁釩合金、鈦鐵合金、海綿鈦與二氧化鈦混合均勻后壓制成電極，組焊，多次真空自耗熔煉，在相變點以上進行兩鐓兩拔鍛造，然后在相變點以下進行一鐓一拔鍛造，在相變點以下進行拔長鍛造即可。本發(fā)明通過控制成分配比優(yōu)化熔煉工藝以抵消增加等軸初生α相含量增加帶來的強度下降，達到提高合金本質(zhì)強度目的。通過相變點以上開坯鍛造、相變點以下中間坯鍛造及成品鍛造工藝中的溫度控制，使得棒材初生α相含量在65％以上，用該棒材制備的鍛件產(chǎn)品疲勞性能良好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈦合金材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種TC4鈦合金棒材及其制備方法。

背景技術(shù)

鈦合金具有高的比強度、較低得密度和耐腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于航空、航天、海洋、化工等領(lǐng)域。TC4鈦合金名義成分是Ti-6Al-4V(質(zhì)量分數(shù)，wt％)，屬于典型的α+β型兩相鈦合金。該合金具有良好的比強度高、塑性好、加工性能好等優(yōu)點，可熱處理強化，是目前應(yīng)用最廣泛的鈦合金。

GJB949A中對航空發(fā)動機壓氣機葉片用TC4鈦合金棒材提出了室溫、高溫力學(xué)性能、顯微組織、無損探傷等要求。但是實際應(yīng)用到發(fā)動機葉片上還對疲勞性能提出了嚴格的要求。一般通過增加雙相鈦合金顯微組織中等軸初生α相的含量可以顯著提高其高周疲勞性能，但是會降低合金的室溫強度、高溫強度，導(dǎo)致棒材強度不合格。所以單純通過成型工藝提高初生α相含量，以提高其高周疲勞性能的做法可能會造成其室溫強度、高溫強度性能下降，甚至不達標(biāo)的情況。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供了一種TC4鈦合金棒材及其制備方法，滿足GJB949A標(biāo)準同時具有良好的疲勞性能。

為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種TC4鈦合金棒材，其特征在于，按重量百分比計包括以下元素包括：6.0～6.5％Al、3.9～4.4％V、0.15～0.30％Fe、0.16～0.21％O、C≤0.05％、N≤0.03％、H≤0.008％、B≤0.0015％、Y≤0.001％，余量為Ti。

一種TC4鈦合金棒材的制備方法，包括以下步驟：

1)按質(zhì)量百分比計，6.0～6.5％Al、3.9～4.4％V、0.15～0.30％Fe、0.14～0.19％O，余量為Ti，將鋁豆、鋁釩合金、鈦鐵合金、海綿鈦與二氧化鈦混合均勻后壓制成電極；

2)將電極塊進行組焊，得到自耗電極；

3)將自耗電極進行多次真空自耗熔煉，得到TC4鈦合金鑄錠；

4)將鑄錠在相變點以上進行2-3火次兩鐓兩拔鍛造，然后在相變點以下進行3-5火次一鐓一拔鍛造，最后在相變點以下進行2-4火次拔長鍛造，得到TC4鈦合金棒材。

本發(fā)明進一步的改進在于，真空自耗熔煉的次數(shù)為3次，一次熔煉所用坩堝尺寸為Φ280～Φ450mm，熔前真空度≤0.5Pa，漏氣率≤0.5Pa/min。

本發(fā)明進一步的改進在于，一次熔煉電流為7～18kA，一次熔煉電壓為28～35V，穩(wěn)弧電流采用直流7.0～12.0A，熔煉后冷卻時間為2.5～4h。

本發(fā)明進一步的改進在于，二次熔煉所用坩堝尺寸為Φ360～Φ630mm，熔前真空度≤0.8Pa，漏氣率≤0.8Pa/min。

本發(fā)明進一步的改進在于，二次熔煉電流為9～20kA，二次熔煉電壓為30～38V，穩(wěn)弧電流采用交流8.0～15.0A，熔煉后冷卻時間為3～6h。

本發(fā)明進一步的改進在于，三次熔煉所用坩堝尺寸為Φ450～Φ720mm，熔前真空度≤0.8Pa，漏氣率≤1.0Pa/min。