一种高品质钛合金(вт6с)的制造方法
【专利摘要】本发明属于稀有金属加工技术领域，具体涉及一种高品质钛合金(ВТ6С)的制造方法，铝以钛?铝中间合金和钒?铝中间合金的形式加入，钛铝中间合金的制备，微量元素锆的加入方法，细化晶粒用微量元素的加入方法，熔炼工艺控制，填加改善冷热加工性能的微量元素和细化晶粒的微量元素，改善其成分组织，提高其机械性能。
【专利说明】
一种高品质钛合金(B T6C )的制造方法
技术领域
[0001]本发明属于稀有金属加工技术领域，具体涉及一种高品质钛合金(BT6C)的制造方法。
【背景技术】
[0002]钛及钛合金按组织分为α，近α，α+β，近β，β型钛合金，BT 6 C为俄罗斯(前苏联)牌号，中国牌号为TC4ELI，美国牌号为Gr.5;主成分为Ti_6Al_4V，组织为α+β两相钛合金;该类合金是上世纪50年代研发，由于其综合机械性能优良而广泛使用，全世界该类合金使用量约占钛合金使用量的80%;主要应用在航空航天，海上油气田等结构件和钛合金受力部件上，该类钛合金作为人体植入材料也有广泛的使用。
[0003]该类合金是典型的两相合金，主成分范围各国牌号差别不大，但微量元素和低间隙杂质控制范围有明显的区别;特别是俄罗斯生产的B T6 C比中国和美国生产的同类钛合金其机械性能有明显优势;从近年来我国引进俄罗斯的飞机，潜艇的使用情况看，国产化过程中我国同类材料机械性能明显偏低和不稳定。其主要问题是:铝含量不稳定;微量元素特别是可以细化晶粒的元素没有填加或无方法加入;0，N，C，Fe杂质控制范围不正确;我国各钛合金生产单位的传统生产工艺是:海绵钛+钒铝中间合金+纯铝豆或铝箔补铝，大混料或加包中间合金包——挤压电极块——组焊自耗电极——二次或三次真空自耗熔炼——钛铸锭;其中，铝的加入和控制是以钒铝中间合金和纯铝的形式;0，N，C，Fe是以海绵钛和钒铝中间合金含量为基础，考虑熔炼因素来控制;细化晶粒的微量元素基本没有填加;存在主要问题是:纯铝在熔炼中，由于其熔点低，熔炼过程中有烧损和挥发，熔炼前中后期熔炼工艺参数不同损耗程度不一样，所以铝含量在铸锭的上中下部是不均匀的，铝是α相稳定元素，对强化钛合金很敏感，虽然铝含量都在标准范围内，但是组织和性能没有一致性。
[0004]国内很多生产单位甚至用填加杂质氧和铁来保证其机械性能，完全是本末到置；钛合金成分决定组织，组织决定性能，成分控制是机械性能高低的基础，因此我们必须采取措施保证成分的均匀性;特别是做为人体植入材料，晶粒组织，机械性能，有比较严格的标准要求。
【发明内容】
[0005]针对上述存在的问题，本发明提供一种高品质钛合金(BT 6 C )的制造方法。
[0006]本发明的高品质钛合金(BΤ6 C )的制造方法，要点在于
①铝，钒的加入方法和范围；
铝以钛-铝中间合金和钒-铝中间合金的形式加入；
钦招中间合金的制备；
由于铝的熔点低，以纯铝的形式补铝，熔炼过程中烧损和挥发，所以必须制备钛-铝中间合金;钛铝可以形成金属间化合物，原料为用高纯铝和高纯钛，采用水冷铜坩祸真空感应炉熔炼;成分范围为Al:45-55%(原子百分比)，抽高真空后充氩气熔炼，精炼30分钟后浇铸中间合金锭;冷却后出炉，粉碎后备用；
钒-铝合金制备
钒铝合金生产国内普遍工艺是铝热法，成本低产量高，但是杂质含量高，特别是0，N，C含量极不稳定，每炉都不一样；因此必须要精炼一次；同样采用水冷铜坩祸真空感应炉精炼;熔炼工艺同钛铝中间合金;杂质范围控制在0<0.08%,N<0.03%，C<0.05%；
②微量元素锆的加入方法
Zr的加入能够明显提高钛合金的冷热加工性能，本发明的加入方法为海绵锆和海绵钛混料加入，成分控制范围为Zr: 0.1 -0.4%;
③细化晶粒用微量元素的加入方法
B T 6 C钛合金是一种低间隙杂质含量的钛合金;为保证其机械性能加入细化晶粒的元素:B(硼)和RE(稀土)非常重要;但由于其化学活性大，一般在自耗熔炼加入很困难，收得率低，不容易控制;本发明采用加入到钛铝中间合金的方式间接加入，均匀性好，收得率高。加入量控制在钛铝合金总量的B: 1-3%(原子百分比)，RE:5-10%(原子百分比)；
④熔炼工艺控制
熔炼过程对于获得高品质钛合金铸锭非常重要;本发明采取二次真空自耗熔炼方式；第一次熔炼过程采取大抽气率高真空方式，有目的去除海绵钛中的挥发物，严格控制0.N等杂质的增加;第二次熔炼采取先高真空后充氩气，在氩气保护下自耗熔炼的方式，目的是防止铝和微量元素挥发烧损;调整铸锭组织;成分均匀化，防止偏析；
B T 6 C钛合金铸锭生产过程工艺:
海绵钛(O级)+钛铝中间合金+钒铝中间合金+海绵锆一一混料一一液压机挤压自耗电极块一一等离子组焊自耗电极一一一次真空自耗熔炼一一二次真空自耗熔炼一一钛合金铸锭；
B T 6 C钛合金铸锭的成分控制范围为(重量百分比):
(A1+0+4N):6.30-6.50%
(V+Fe):4.20-4.45%
Zr:0.1-0.4%
(0+4N)<0.09%
Η<0.008 %
C<0.03%
(B+RE):0.01-0.03%。
[0007]本发明的有益效果是:利用高品质的海绵钛，钛铝中间合金，钒铝中间合金精准控制B T6 C钛合金的合金含量和杂质含量，填加改善冷热加工性能的微量元素和细化晶粒的微量元素，改善其成分组织，提高其机械性能。
【具体实施方式】
[0008]下面对本发明做进一步说明。
[0009]本发明的高品质钛合金(BT6C )的制造方法:
①铝，钒的加入方法和范围
铝以钛-铝中间合金和钒-铝中间合金的形式加入钛铝中间合金的制备
由于铝的熔点低，以纯铝的形式补铝，熔炼过程中烧损和挥发，所以必须制备钛-铝中间合金;钛铝可以形成金属间化合物，原料为用高纯铝和高纯钛，采用水冷铜坩祸真空感应炉熔炼;成分范围为Al:45-55%(原子百分比)，抽高真空后充氩气熔炼，精炼30分钟后浇铸中间合金锭;冷却后出炉，粉碎后备用；
钒-铝合金制备
钒铝合金生产国内普遍工艺是铝热法，成本低产量高，但是杂质含量高，特别是0，N，C含量极不稳定，每炉都不一样；因此必须要精炼一次；同样采用水冷铜坩祸真空感应炉精炼;熔炼工艺同钛铝中间合金;杂质范围控制在0<0.08%,N<0.03%，C<0.05%；
②微量元素锆的加入方法
Zr的加入能够明显提高钛合金的冷热加工性能，本发明的加入方法为海绵锆和海绵钛混料加入，成分控制范围为Zr: 0.1 -0.4%;
③细化晶粒用微量元素的加入方法
B T 6 C钛合金是一种低间隙杂质含量的钛合金;为保证其机械性能加入细化晶粒的元素:B(硼)和RE(稀土)非常重要;但由于其化学活性大，一般在自耗熔炼加入很困难，收得率低，不容易控制;本发明采用加入到钛铝中间合金的方式间接加入，均匀性好，收得率高；加入量控制在钛铝合金总量的B: 1-3%(原子百分比)，RE:5-10%(原子百分比)；
④熔炼工艺控制
熔炼过程对于获得高品质钛合金铸锭非常重要;本发明采取二次真空自耗熔炼方式；第一次熔炼过程采取大抽气率高真空方式，有目的去除海绵钛中的挥发物，严格控制0.N等杂质的增加;第二次熔炼采取先高真空后充氩气，在氩气保护下自耗熔炼的方式，目的是防止铝和微量元素挥发烧损;调整铸锭组织;成分均匀化，防止偏析；
B T 6 C钛合金铸锭生产过程工艺:
海绵钛(O级)+钛铝中间合金+钒铝中间合金+海绵锆一一混料一一液压机挤压自耗电极块一一等离子组焊自耗电极一一一次真空自耗熔炼一一二次真空自耗熔炼一一钛合金铸锭；
B T 6 C钛合金铸锭的成分控制范围为(重量百分比):
(A1+0+4N):6.30-6.50%
(V+Fe):4.20-4.45%
Zr:0.1-0.4%
(0+4N)<0.09%
Η<0.008 %
C<0.03%
(B+RE):0.01-0.03%;
以B T 6 C光棒材为例的生产工艺:上述钛合金铸锭，经过车削拔皮，去铸锭头尾后进行热加工，经过热锻开坯，修磨等工序进行热锻(热乳)成毛坯棒，经过热处理，校直后车光(粗棒)；毛坯棒经过冷(温)拉，热处理，校直，扒皮后磨光(细棒)；
生产工艺为:
钛合金铸锭一一热锻开坯一一热锻(热乳)一一热处理一一校直一一扒氧化皮一一车(磨)光一一探伤检查一一成品；
成品棒材退火状态机械性能范围为:Ob: 900-980MPa; δ: 12-16%; Ψ >30%，填加改善冷热加工性能的微量元素和细化晶粒的微量元素，改善其成分组织，提高其机械性能。
【主权项】
1.一种高品质钛合金(B T6C )的制造方法，其特征在于: 铝，钒的加入方法和范围 铝以钛-铝中间合金和钒-铝中间合金的形式加入 钛铝中间合金的制备 由于铝的熔点低，以纯铝的形式补铝，熔炼过程中烧损和挥发，所以必须制备钛-铝中间合金;钛铝可以形成金属间化合物，原料为用高纯铝和高纯钛，采用水冷铜坩祸真空感应炉熔炼;成分范围为Al:45-55%(原子百分比)，抽高真空后充氩气熔炼，精炼30分钟后浇铸中间合金锭;冷却后出炉，粉碎后备用； 钒-铝合金制备 钒铝合金生产国内普遍工艺是铝热法，成本低产量高，但是杂质含量高，特别是0，N，C含量极不稳定，每炉都不一样；因此必须要精炼一次；同样采用水冷铜坩祸真空感应炉精炼;熔炼工艺同钛铝中间合金;杂质范围控制在0<0.08%,N<0.03%，C<0.05%； 微量元素锆的加入方法 Zr的加入能够明显提高钛合金的冷热加工性能，本发明的加入方法为海绵锆和海绵钛混料加入，成分控制范围为Zr: 0.1 -0.4%; 细化晶粒用微量元素的加入方法 B T6C钛合金是一种低间隙杂质含量的钛合金;为保证其机械性能加入细化晶粒的元素:B(硼)和RE(稀土)非常重要;但由于其化学活性大，一般在自耗熔炼加入很困难，收得率低，不容易控制;本发明采用加入到钛铝中间合金的方式间接加入，均匀性好，收得率高；加入量控制在钛铝合金总量的B: 1-3%(原子百分比)，RE:5-10%(原子百分比)； 熔炼工艺控制 熔炼过程对于获得高品质钛合金铸锭非常重要;本发明采取二次真空自耗熔炼方式；第一次熔炼过程采取大抽气率高真空方式，有目的去除海绵钛中的挥发物，严格控制0.N等杂质的增加;第二次熔炼采取先高真空后充氩气，在氩气保护下自耗熔炼的方式，目的是防止铝和微量元素挥发烧损;调整铸锭组织;成分均匀化，防止偏析； B T 6 C钛合金铸锭生产过程工艺: 海绵钛(O级)+钛铝中间合金+钒铝中间合金+海绵锆一一混料一一液压机挤压自耗电极块一一等离子组焊自耗电极一一一次真空自耗熔炼一一二次真空自耗熔炼一一钛合金铸锭； B T 6 C钛合金铸锭的成分控制范围为(重量百分比): (A1+0+4N):6.30-6.50% (V+Fe):4.20-4.45% Zr:0.1-0.4% (0+4N)<0.09% Η<0.008 % C<0.03% (B+RE):0.01-0.03%o
【文档编号】C22C1/03GK105925842SQ201610372929
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】尹权丰
【申请人】沈阳中核舰航特材科技有限公司