一種高強鈦合金制備用六元素中間合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及合金添加劑，更具體地說，涉及一種高強鈦合金制備用六元素中間合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002]航空工業(yè)的迅速發(fā)展對鈦合金的需求越來越大，為滿足航空工業(yè)對結構材料的減重、防腐、耐久和低成本要求，航空結構用鈦合金趨向于高強、高韌、高淬透性以及損傷容限設計，鈦合金的組成元素也趨于向多元化高含量發(fā)展。由于其主要合金元素一般都含有Mo、V、Cr、Nb等高熔點元素，如果這些元素以金屬單質方式加入，因熔點高低不同，熔煉時電極塊中各原料的融化速率也會不同，易導致電極掉塊，熔煉電流難以控制，影響熔煉過程的穩(wěn)定。另外，目前鈦合金主要使用真空自耗方式熔煉鑄錠，由于熔池尺寸的局限，將Mo、V、Cr、Nb等高熔點高密度元素在有限的熔池內進行充分的融化、攪拌以保證鑄錠成分均勻，避免Mo、V、Cr、Nb等高密度夾雜(圖1)和“β斑”(圖2)帶來的質量缺陷有一定難度。
[0003]為降低Mo、V、Cr、Nb等高熔點元素在熔煉過程中融化不充分帶來的隱患，目前鈦合金的鑄錠生產一般采用50Al-50Mo、50Al-50V、35Al-65Nb等二元中間合金方式加入合金元素。但對于多元素高含量的鈦合金而言，要想滿足其元素配比要求，Al-Mo, Al-V、Al-Nb等二元中間合金中高熔點高密度元素的含量要有明顯提高。由相圖基礎知識可知，這將明顯增加Al-Mo、Al-V、Al-Nb等二元中間合金的熔點和成分不均勻性，例如Al-Mo相圖顯示15A1-85MO 二元合金的熔點(2480°C )僅比純Mo的熔點(2610°C )低130°C。因此在熔煉多元素高含量鈦合金過程中使用二元中間合金將重新加大高熔點高密度元素融化不充分的隱患，降低其使用效果。為避免這一隱患，現有多元素高含量的鈦合金(TC17、TC18等)的熔煉都采用多元中間合金，例如:鋁鑰釩鐵中間合金(專利號為200310119080.4)、鋁鑰硅中間合金(專利號為200310119067.9)、鋁鑰硅鋯中間合金(專利號為200310119077.2)、鋁錫鋯鑰鉻中間合金(專利號為201210115344.8)等。然而對于某新型高強高韌鈦合金(專利號為US6800243)而言，上述成分的中間合金是無法滿足其成分配比要求，需研制新成分范圍的鋁鑰釩鉻鐵鈦六元素中間合金來滿足其生產需求。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現有技術中存在的上述缺點，本發(fā)明的目的是提供一種高強鈦合金制備用六元素中間合金及其制備方法，適用于多元素高含量鈦合金的制備，可有效地降低鑄錠熔煉過程中高熔點元素Mo、V、Cr形成高密度夾雜偏析缺陷的概率，保證鈦合金鑄錠和鈦材的成分均勻性。
[0005]為實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]一方面，一種高強鈦合金制備用六元素中間合金，其按重量百分比計包含19?27% 的 Al、20 ?25% 的 Mo、20 ?25% 的 V、8 ?16% 的 Cr、0.8 ?3% 的 Fe，余量為 Ti。
[0007]另一方面，一種高強鈦合金制備用六兀素中間合金的制備方法，以100?230份的Al、125?145份的Mo03、125?175份的V205、0?65份的Cr、0?35份的Fe、15?45份的CaF2和15?165份的T12為原材料，通過采用鋁熱法冶煉為中間合金鑄錠，再經精整、破碎、精選工序制成0.05?6_顆粒度的成品。
[0008]所述的鋁熱法冶煉在空氣中進行。
[0009]所述的鋁熱法冶煉在真空和氦氣保護的環(huán)境中進行。
[0010]在所述的鋁熱法冶煉后，檢測鋁熱法冶煉所得到的中間合金鑄錠成分，根據燒損比例，配入Al、Cr、Fe、Ti原料后進行真空感應冶煉，再次獲得中間合金鑄錠。
[0011]采用在上述技術方案中的本發(fā)明的高強鈦合金制備用六元素中間合金及制備方法，具有以下幾個優(yōu)點:
[0012]1、合金化均勻
[0013]由于該中間合金熔點大大低于金屬單質的熔點(約1800°C)，在鈦合金熔煉過程中避免了由于金屬單質熔點不一致導致的熔煉電流不穩(wěn)定的現象，提高了熔煉過程的穩(wěn)定性并有效地降低高熔點元素Mo、V、Cr形成高密度夾雜偏析缺陷的概率，因此，使用該中間合金來生產新型高強高韌鈦合金可以保證生產的鈦合金鑄錠和鈦材的成分均勻性，有效降低了高強高韌鈦合金產品中產生高密度夾雜偏析缺陷的幾率。
[0014]2.降低成本
[0015]以一種中間合金取代多種中間合金配合才能達到的效果，可以提高了高強高韌鈦合金產品生產效率并降低生產成本。
【附圖說明】
[0016]圖1是鈦合金中的高密度夾雜缺陷的顯微組織圖；
[0017]圖2是鈦合金T1-17中的β斑缺陷的顯微組織圖；
[0018]圖3是本發(fā)明的實施例1鈦合金的顯微組織圖；
[0019]圖4是本發(fā)明的實施例2鈦合金的顯微組織圖；
[0020]圖5是本發(fā)明的實施例3鈦合金的顯微組織圖；
[0021]圖6是本發(fā)明三個實施例的鈦合金的力學性能表。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明的技術方案。
[0023]本發(fā)明的高強鈦合金制備用六元素中間合金，其主要用途是作為熔煉生產近β型高強高韌鈦合金鑄錠(例如Ti5553合金，Τ?55531合金等)的添加劑，在鈦基體中增加相應的合金元素以提高鈦合金的力學性能。
[0024]該六元素中間合金的成分按質量百分比包含:A1:19-27%, Mo =20-25%, V =20-25%,Cr:8-16%, Fe:0.8_3%，余量為 Ti。
[0025]該六元素中間合金的制備方法具體如下:
[0026]生產產品的原材料比例范圍為Al:100?230份、MoO3:125?145份、V2O5:125?175 份、Cr:0 ?65 份、Fe:0 ?35 份、CaF2:15 ?45 份、T12:15 ?165 份。
[0027]生產時，先將原材料按照上述配比進行混合均勻，裝入反應容器，然后啟動點火裝置在反應容器中點燃，進行鋁熱法化學反應冶煉，當有低雜質要求時，還可在有真空和氦氣保護的環(huán)境下進行鋁熱法冶煉，將冶煉獲得的鑄錠經精整、破碎、精選等工序制成0.05?6mm顆粒度的成品，然后進行取樣檢驗和包裝入庫。
[0028]當用戶或標準對產品成分均勻性要求較高，并提出要求進行真空感應熔煉時，在上述鋁熱法冶煉后，可檢測鋁熱法冶煉所得到的中間合金鑄錠成分，根據燒損比例，適當配入Al、Cr、Fe、Ti等原料后進行真空感應冶煉，具體為:首先將鋁熱法冶煉得到的中間合金鑄錠以及Al、Cr、Fe、Ti等原料按照計算好的燒損率配比裝入坩堝，然后抽真空，啟動電爐熔煉，當原料開始熔化時充入氬氣降低溶液的沸騰，原料完全熔化時開始進行高溫沸騰精煉5?15分鐘，精煉后待液面平靜無氣泡溢出后澆鑄鑄錠，澆鑄溫度不低于1450°C。將真空感應冶煉獲得的鑄錠經精整、破碎、精選等工序制成0.05?6_顆粒度的成品，然后進行取樣檢驗和包裝入庫。
[0029]上述生產方法中，使用鋁熱法(一步法)生產的中間合金主要用于非航空部件高強鈦合金的生產。對于要求苛刻的航空部件用高強高韌鈦合金的生產可使用鋁熱法加真空感應法(兩步法)生產的中間合金作為添加劑，以保證產品質量。
[0030]其原理如下:本發(fā)明在成分設計上采用多元合金首先是滿足高強高韌鈦合金多元素復合強化的目的并降低產品的熔點，由于純鈦的本身強度低，要想滿足各種工程需求必須添加各種元素進行強化。一般情況下其主要的合金元素有Al、Mo、V、Cr、Fe等。
[0031]Al主要起固溶強化作用，每添加1% Al，室溫抗拉強度增加50MP