专利名称：一种用于超低温条件下的钛合金的制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钛合金的制备工艺，特别涉及一种用于超低温条件下的钛合金的制备工艺。
背景技术：
目前，钛合金因其高的比强度、优异的耐腐蚀性、良好的低温性能迅速发展成为具有强大生命力的新型关键结构材料，被广泛应用于航空航天、军事工业以及民用等领域。由于钛合金的密度比不锈钢小得多，并且在低温下热传导率低、膨胀系数小、无磁性，所以在航空航天行业、超导行业、船舶航海行业和深海探测等领域作为一种重要的低温工程材料来使用。低温下使用的结构件要求在保持一定强度的同时，还要求有良好的塑性、低的热导率和优良的加工性能。随着空间技术和超导技术的迅速发展、南极、北极科考工作等的蓬勃开展，钛合金在低温和极低温环境的应用增多，比较先进的低温钛合金材料的制备工艺显得尤为重要，但是，目前所普遍采用的制备工艺所生产出的钛合金只能在_196°C以上的温度条件下胜任工作，再低于_196°C的温度就不能满足要求了，因此，急需开发出一种用于超低温度条件下的钛合金的制备工艺，以生产出满足相关行业要求的超低温条件下的钛I=1-Wl O发明内容
本发明的目的是为了解决现有的钛合金制备工艺生产出的钛合金无法满足超低温度要求的问题而提供的一种用于超低温条件下的钛合金的制备工艺。
本发明所述的一种用于超低温条件下的钛合金的制备工艺如下所述
第一步、混合制备工艺中所用的钛合金是由T1、Al、V、Fe、O、H和Zr组成，其中各组分的重量百分为 Ti 89. 458%, Al 6. 2%, V 4. 1%, Fe O. 1%, O O. 06%, H O. 002%, Zr O. 08%，按前述重量比例取各种材料放入布料机内进行充分地混合，Ti颗粒的粒度为 O. 83-25. 4mm, Al、V 和 Zr 的粒度为 O. 2-2. 5mm ；
第二步、电极制作把第一步中混合好的合金放入到2500吨立式油压机模具内进行挤压电极，每节电极的重量为45Kg ；
第三步、真空炉内进行熔炼把第二步中制作好的电极放入到真空炉中进行熔炼， 在真空炉中要进行Φ300* 、Φ380* 和Φ480* 三次熔炼，具体熔炼过程如下所述
一次熔炼使用氩弧焊机把第二步中制作好的八节电极进行焊接在一起后，
放入烘干室进行烘干，烘干温度 为150-200°C，烘干时间为2h，电极烘干后放入到真空炉内，真空炉内的真空值达到标准后开始熔炼，熔炼时真空炉内的电流为 6200A-6500A，熔炼温度为1750_1850°C，熔炼时间为2_2. 5h，熔炼炉内为铜坩埚结晶器，铜坩埚结晶器外设有循环水套，循环水套内充入循环水进行冷却，熔炼完成后，往真空炉内充氩气进行合金锭表面的保护，炉内温度降到200-300°C时所熔炼的钛合金锭出炉，出炉后的钛合金锭表面进行打磨处理；
二次熔炼使用氩弧焊机把一次熔炼后打磨好的两个钛合金锭进行焊接在一起后，放入到真空炉内，真空炉内的真空值达到标准后开始熔炼，熔炼时真空炉内的电流为 8500A-9000A，熔炼温度为1850_1950°C，熔炼时间为4. 5_5h，熔炼炉内为铜坩埚结晶器，铜坩埚结晶器外设有循环水套，循环水套内充入循环水进行冷却，熔炼完成后，往真空炉内充氩气进行合金锭表面的保护，炉内温度降到200-300°C时所熔炼的钛合金锭出炉，出炉后的钛合金锭表面进行打磨处理；
三次熔炼使用氩弧焊机把二次熔炼后打磨好的两个钛合金锭进行焊接在一起后，放入到真空炉内，真空炉内的真空值达到标准后开始熔炼，熔炼时真空炉内的电流为 10500-11000A，熔炼温度为2000-2050°C，熔炼时间为5. 5h，熔炼炉内为铜坩埚结晶器，铜坩埚结晶器外设有循环水套，循环水套内充入循环水进行冷却，电流每三分钟降低300A进行补缩排气处理lh，以减少气孔，熔炼完成后，往真空炉内充氩气进行合金锭表面保护，炉内温度降到200°C时所熔炼的钛合金锭出炉，出炉后的钛合金锭表面进行扒皮打磨处理，并且取样进行化学分析，经过化学检测把达到设计标准的钛合金锭再进行探伤处理；
第四步、开坯把第三步中经过真空炉熔炼后的经过检测合格并被处理好的钛合金锭装入电炉或天然气加热炉内加热到1150-1180°C，加热时间为6h，然后用五吨电液锤八方倒角开坯到175mm*175mm*L八方坯，按照工艺规定要求锯床下料打磨修理；
第五步、将锯床下料、修磨好的合金坯料装入电炉内，在相变点以上1020°C加热 2h,加热过程中每三十分钟把合金坯料进行翻转使合金坯料受热均匀，然后进行三轴向镦拔滚圆，打磨修理；
第六步 、将打磨好的坯料装炉，在相变点以下950°C加热2h，加热过程中每三十分钟把合金锭进行翻转使合金锭受热均匀，然后进行三轴向镦拔滚圆，冷却后进行打磨处理， 该合金锭为α+β两相合金，相变点转变温度为985°C ；
第七步、将修完打磨的钛合金坯料装入电炉中在925°C的温度下加热2h，每三十分钟把合金锭进行翻转使合金锭受热均匀，坯料出炉后进行一镦一拔锻出0100mm*L和 075mm*L的两种规格棒材，冷却后在730-780°C的温度条件下1. 5h进行消除应力退火处理，然后把合金锭从炉内取出进行自然冷却，在炉温降到530°C时，把合金锭放入到炉内4h 进行时效处理后随炉进行自然冷却。
本发明的有益效果
按照本发明所述制备工艺所制得的钛合金材料，杂质含量低，具有超高纯洁度，采用“三三一”锻造工艺使生产出的钛合金材料组织均匀性好，晶粒得到细化，极大地提高了塑性，能够胜任_253°C条件下工作，比现有的相关钛合金材料降低了 57°C的使用条件，具有了更广阔的适用领域。
图1为T1- Al- V相位图。
图2为本发明工艺制取的锻棒金相组织图。
具体实施方式
本发明所述的一种用于超低温条件下的钛合金的制备工艺如下所述
第一步、混合取Ti 1288.2Kg、Al 89. 28 Kg、V59.04 Kg,Fe1. 44 Kg,O 0. 86Kg、 H 0. 028 Kg、Zr1. 152 Kg，放入布料机内进行充分地混合，Ti颗粒的粒度为O. 83-25. 4mm, Al、V 和 Zr 的粒度为 O. 2-2. 5mm ；
第二步、电极制作把第一步中混合好的合金放入到2500吨立式油压机模具内进行挤压电极，每节电极的重量为45Kg，共制取32节电极；
第三步、真空炉内进行熔炼把第二步中制作好的电极放入到真空炉中进行熔炼， 在真空炉中要进行Φ300* 、Φ380* 和Φ480* 三次熔炼，具体熔炼过程如下所述
一次熔炼使用氩弧焊机把第二步中制作好的八节电极进行焊接在一起后，
放入烘干室进行烘干，烘干温度为150-200°C，烘干时间为2h，电极烘干后放入到真空炉内，真空炉内的真空值达到标准后开始熔炼，熔炼时真空炉内的电流为 6200A-6500A，熔炼温度为1750_1850°C，熔炼时间为2_2. 5h，熔炼炉内为铜坩埚结晶器，铜坩埚结晶器外设有循环水套，循环水套内充入循环水进行冷却，熔炼完成后，往真空炉内充氩气进行合金锭表面的保护，炉内温度降到200-300°C时所熔炼的钛合金锭出炉，出炉后的钛合金锭表面进行打磨处理；
二次熔炼使用氩弧焊机把一次熔炼后打磨好的两个钛合金锭进行焊接在一起后，放入到真空炉内，真空炉内的真空值达到标准后开始熔炼，熔炼时真空炉内的电流为 8500A-9000A，熔炼温度为1850_1950°C，熔炼时间为4. 5_5h，熔炼炉内为铜坩埚结晶器，铜坩埚结晶器外设有循环水套，循环水套内充入循环水进行冷却，熔炼完成后，往真空炉内充氩气进行合金锭表面的保护，炉内温度降到200-300°C时所熔炼的钛合金锭出炉，出炉后的钛合金锭表面进行打磨处理；
三次熔炼使用氩弧焊机把二次熔炼后打磨好的两个钛合金锭进行焊接在一起后，放入到真空炉内，真空炉内的真空值达到标准后开始熔炼，熔炼时真空炉内的电流为 10500-11000A，熔炼温度为2000-2050°C，熔炼时间为5. 5h，熔炼炉内为铜坩埚结晶器，铜坩埚结晶器外设有循环水套，循环水套内充入循环水进行冷却，电流每三分钟降低300A进行补缩排气处理lh，以减少气孔，熔炼完成后，往真空炉内充氩气进行合金锭表面保护，炉内温度降到200°C时所熔炼的钛合金锭出炉，出炉后的钛合金锭表面进行扒皮打磨处理，并且取样进行化学分析，经过化学检测把达到设计标准的钛合金锭再进行探伤处理；
第四步、开坯把第三步中经过真空炉熔炼后的经过检测合格并被处理好的钛合金锭装入电炉或天然气加热炉内加热到1150-1180°C，加热时间为6h，然后用五吨电液锤八方倒角开坯到175mm*175mm*L八方坯，按照工艺规定要求锯床下料打磨修理；
第五步、将锯床下料、修磨好的合金坯料装入电炉内，在相变点以上1020°C加热 2h,加热过程中每三十分钟把合金坯料进行翻转使合金坯料受热均匀，然后进行三轴向镦拔滚圆，打磨修理；
第六步、将打磨好的坯料装炉，在相变点以下950°C加热2h，加热过程中每三十分钟把合金锭进行翻转使合金锭受热均匀，然后进行三轴向镦 拔滚圆，冷却后进行打磨处理， 该合金锭为α+β两相合金，相变点转变温度为985°C ；
第七步、将修完打磨的钛合金坯料装入电炉中在925°C的温度下加热2h，每三十分钟把合金锭进行翻转使合金锭受热均匀，坯料出炉后进行一镦一拔锻出0100mm*L和 075mm*L的两种规格棒材，冷却后在730-780°C的温度条件下1. 5h进行消除应力退火处理，然后把合金锭从炉内取出进行自然冷却，在炉温降到530°C时，把合金锭放入到炉内4h 进行时效处理后随炉进行自然冷却。
经过上述工艺制备的钛合金的锻棒规格为Φ 75mm、C1IOOmm两种规格棒材,按图1 中选用的控制点，在五吨锻锤上进行变形试验，试验工艺特点见表I。
表I锻棒工艺特点
权利要求
1.一种用于超低温条件下的钛合金，其制备工艺如下所述第一步、混合制备工艺中所用的钛合金是由T1、Al、V、Fe、O、H和Zr组成，其中各组分的重量百分为 Ti 89. 458%、Al 6.2%、V 4. 1%, Fe O. 1%、0 O. 06%、H O. 002%、Zr O. 08%，按前述重量比例取各种材料放入布料机内进行充分地混合，Ti颗粒的粒度为O. 83-25. 4mm, Al、V和Zr的粒度为O. 2-2. 5mm ；第二步、电极制作把第一步中混合好的合金放入到2500吨立式油压机模具内进行挤压电极，每节电极的重量为45Kg ；第三步、真空炉内进行熔炼把第二步中制作好的电极放入到真空炉中进行熔炼，在真空炉中要进行Φ300* 、Φ380* 和Φ480* 三次熔炼，具体熔炼过程如下所述一次熔炼使用氩弧焊机把第二步中制作好的八节电极进行焊接在一起后，放入烘干室进行烘干，烘干温度为150-200°C，烘干时间为2h，电极烘干后放入到真空炉内，真空炉内的真空值达到标准后开始熔炼，熔炼时真空炉内的电流为6200A-6500A，熔炼温度为1750-1850°C，熔炼时间为2-2. 5h，熔炼炉内为铜坩埚结晶器，铜坩埚结晶器外设有循环水套，循环水套内充入循环水进行冷却，熔炼完成后，往真空炉内充氩气进行合金锭表面的保护，炉内温度降到200-300°C时所熔炼的钛合金锭出炉，出炉后的钛合金锭表面进行打磨处理；二次熔炼使用IS弧焊机把一次熔炼后打磨好的两个钛合金锭进行焊接在一起后，放入到真空炉内，真空炉内的真空值达到标准后开始熔炼，熔炼时真空炉内的电流为 8500A-9000A，熔炼温度为1850_1950°C，熔炼时间为4. 5_5h，熔炼炉内为铜坩埚结晶器，铜坩埚结晶器外设有循环水套，循环水套内充入循环水进行冷却，熔炼完成后，往真空炉内充氩气进行合金锭表面的保护，炉内温度降到200-300°C时所熔炼的钛合金锭出炉，出炉后的钛合金锭表面进行打磨处理；三次熔炼使用IS弧焊机把二次熔炼后打磨好的两个钛合金锭进行焊接在一起后，放入到真空炉内，真空炉内的真空值达到标准后开始熔炼，熔炼时真空炉内的电流为 10500-11000A，熔炼温度为2000-2050°C，熔炼时间为5. 5h，熔炼炉内为铜坩埚结晶器，铜坩埚结晶器外设有循环水套，循环水套内充入循环水进行冷却，电流每三分钟降低300A进行补缩排气处理lh，以减少气孔，熔炼完成后，往真空炉内充氩气进行合金锭表面保护，炉内温度降到200°C时所熔炼的钛合金锭出炉，出炉后的钛合金锭表面进行扒皮打磨处理，并且取样进行化学分析，经过化学检测把达到设计标准的钛合金锭再进行探伤处理；第四步、开坯把第三步中经过真空炉熔炼后的经过检测合格并被处理好的钛合金锭装入电炉或天然气加热炉内加热到1150-1180°C，加热时间为6h，然后用五吨电液锤八方倒角开还到175mm*175mm*L八方还,按照工艺规定要求锯床下料打磨修理；第五步、将锯床下料、修磨好的合金坯料装入电炉内，在相变点以上1020°C加热2h，加热过程中每三十分钟把合金坯料进行翻转使合金坯料受热均匀，然后进行三轴向镦拔滚圆，打磨修理；第六步、将打磨好的坯料装炉，在相变点以下950°C加热2h，加热过程中每三十分钟把合金锭进行翻转使合金锭受热均匀，然后进行三轴向镦拔滚圆，冷却后进行打磨处理，该合金锭为α+β两相合金，相变点转变温度为985°C ；第七步、将修完打磨的钛合金坯料装入电炉中在925°C的温度下加热2h，每三十分钟把合金锭进行翻转使合金锭受热均匀，还料出炉后进行一缴一拔锻出0100mm*L和 0 75mm*L的两种规格棒材，冷却后在730-780°C的温度条件下1. 5h进行消除应力退火处理 ，然后把合金锭从炉内取出进行自然冷却，在炉温降到530°C时，把合金锭放入到炉内4h进行时效处理后随炉进行自然冷却。
全文摘要
本发明公开了一种用于超低温条件下的钛合金的制备工艺，具体工艺如下所述第一步、混合；第二步、电极制作；第三步、真空炉内进行熔炼；第四步、开坯；第五步、将锯床下料、修磨好的锻坯料装入电炉内，加热1030℃三轴向镦拔滚圆，打磨修理；第六步、将打磨好的坯料装炉，进行中间修理；第七步、将修完打磨的钛合金坯料装入电炉，坯料出炉后进行一镦一拔出Φ100mm*L和Φ75mm*L的两种规格棒材，有益效果按照本发明所述制备工艺所制得的钛合金材料，杂质含量低，具有超高纯洁度，能够胜任-253℃条件下工作，比现有的相关钛合金材料降低了57℃的使用条件，具有了更广阔的适用领域。
文档编号C22C14/00GK103031451SQ201310000408
公开日2013年4月10日 申请日期2013年1月3日 优先权日2013年1月3日
发明者陈国财, 杨文甲, 单学锋, 陈苏, 晁雷, 张宝利 申请人:沈阳市亨运达钛业开发有限公司