本发明涉及一种钛合金螺旋桨及其生产方法，更具体地，涉及一种极地海洋环境用钛合金螺旋桨及其生产方法。
背景技术：
：钛合金具有重量轻、强度高、具金属光泽、耐腐蚀性的特点，将其制造成船用螺旋桨适用于海洋腐蚀环境中长期使用。随着极地海洋开发的不断扩展，极地海洋环境用船的作业环境要求也愈加苛刻。如：在极地的严寒工作环境中，需要钛合金螺旋桨具有较高的低温韧性；在海洋的腐蚀工作环境中，需要钛合金螺旋桨具有较高的耐腐蚀性；在极地海洋中存在大量的浮冰会对钛合金螺旋桨造成磨损和冲击，需要钛合金螺旋桨具有较高的耐磨性能和冲击性能。此外，还要求钛合金螺旋桨具有较高的强度结合力及一定的厚度，不然容易发生腐蚀、冲击及磨损断裂；而厚度太厚时，又会影响到钛合金螺旋桨的推进效率。针对以上极地海洋环境用钛合金螺旋桨性能要求，急需开发一种“厚度为200-300mm，力学性能好、抗低温冲击性能好、耐磨性能强、耐腐蚀性能强、综合性能优良”的极地海洋环境用钛合金螺旋桨及其生产方法。技术实现要素：本发明的目的是提供一种极地海洋环境用钛合金螺旋桨及其生产方法，以解决上述问题的至少一个方面。根据本发明的一方面，提供一种极地海洋环境用钛合金螺旋桨的生产方法，其步骤如下：步骤一、生产极地海洋环境用钛合金螺旋桨原料：采用真空自耗熔炼炉进行钛合金的熔炼，一级海绵钛、ti-sn中间合金、al-mo中间合金、海绵zr、结晶si、cr铁、ni铁、稀土元素ho钬所有的合金元素进行混料，再压制成电极，最后将电极和残料焊接成自耗电极，进行1800～1900℃的高温熔炼，经过模铸浇铸成铸锭坯；步骤二、极地海洋环境用钛合金螺旋桨的加工成型：将铸锭坯在氙气含量达99.999％的气氛中进行退火，退火温度在250～350℃，退火时间为20～24h；步骤三、极地海洋环境用钛合金螺旋桨的整体热处理：将加工成型的钛合金螺旋桨粗样进行淬火，淬火介质为液氮，淬火温度在1100℃，终冷温度-20℃，冷却速度：350～450℃/s；步骤四、极地海洋环境用钛合金螺旋桨的激光表面热处理：激光束在钛合金螺旋桨表面进行全面扫描，激光束扫描速度1～2mm/s，离焦量为10～20mm；对激光热处理后部位进行喷吹氩气辅助控冷；然后进行风冷、水洗并烘干得到极地海洋环境用钛合金螺旋桨。优选的，步骤一中，还包括如下步骤，(1)进行铸锭坯表面清理，并完成质量检测；(2)用捆带进行周向和径向打包。优选的，步骤二中，还包括如下步骤，(1)机加工桨毂两端面和轴孔，插轴孔内的键槽，刮削轴孔，加工桨叶的页面和叶背，作平衡实验；(2)加工时先切除桨毂两端的冒口，浇口多余部分，造成桨毂前后的两个基准面，然后沿桨毂中心镗孔并在轴孔内插出键槽；(3)在车床或镗床上进行镗孔，加工时准备样板或者样轴来检查加工质量。优选的，步骤四中，还包括如下步骤：(1)激光束在钛合金螺旋桨表面进行全面扫描的激光功率为2000～3000w；(2)激光使工件表面达到1400～1500℃，热处理时间为7～9s，对激光热处理后部位进行喷吹氩气辅助控冷；(3)对纯钛极薄带热轧原料表面进行喷丸，使板表面无氧化层残留；(4)机械性能检测：对钛合金螺旋桨抽样按国标进行力学性能检验，力学性能满足屈服强度不低于1500mpa，抗拉强度不低于1700mpa，延伸率不低于20％；-20℃时低温冲击吸收功kv2不低于400j，-40℃低温冲击吸收功kv2不低于350j，-60℃低温冲击吸收功kv2不低于300j，-80℃低温冲击吸收功kv2不低于250j；表面硬度值不低于100hrc；在-80℃低温海水环境下暴露960d后，腐蚀面积不超过0.1％；优选的，步骤一中，sn：降低钛合金氢脆敏感性；al：起固溶强化作用提高钛合金螺旋桨强度，同时改善其抗氧化性能；mo：增强钛合金螺旋桨的热处理强化效果，还能改善其耐腐蚀性能；zr：提高钛合金螺旋桨的压力加工性能。si：加硅具有一定的固溶强化作用，同时具有提高耐腐蚀性能的作用；cr和ni：可提高钛合金螺旋桨的强度和塑形，并改善耐磨性能；ho：可显著提高钛合金螺旋桨的低温冲击韧性。优选的，步骤二中，在氙气氛围内进行退火，可提高钛合金螺旋桨铸锭坯的切削机加工性能。优选的，步骤三中，采用液氮作为介质淬火，可显著提高钛合金螺旋桨的强度，同时能保证其塑性和韧性的提升。优选的，步骤四中，采用激光表面热处理，可进一步细化钛合金螺旋桨表面组织，从而获得更高的表面硬度以及优异的耐腐蚀性能；激光表面热处理过程速度快，原料浪费少，温度低能耗少，热处理表面厚度可精确控制。根据本发明的另一方面，提供上述方法制作出的一种极地海洋环境用钛合金螺旋桨，其化学成份按重量百分数计为sn：0.1～0.5％，al：4～6％，mo：0.5～1％，zr：0.2～0.6％，si：1～2％，cr：0.5～1％，ni：1～2％；ho：5～7％，ti：79.9～85.2％；采用铸造、机加工、热处理同时进行的方法，制造出厚度为200-300mm，屈服强度不低于1500mpa，抗拉强度不低于1700mpa，延伸率不低于20％；-20℃时低温冲击吸收功kv2不低于400j，-40℃低温冲击吸收功kv2不低于350j，-60℃低温冲击吸收功kv2不低于300j，-80℃低温冲击吸收功kv2不低于250j；表面硬度值不低于100hrc；在-80℃低温海水环境下暴露960d后，腐蚀面积不超过0.1％。本发明的有益效果是：按照本发明生产的极地海洋环境用钛合金螺旋桨具有厚度为200-300mm，力学性能好、抗低温冲击性能好、耐磨性能强、耐腐蚀性能强、综合性能优良等特点，从而为制造出高性能极地海洋环境用舰艇船只提供了安全可靠的钛合金螺旋桨构件。具体实施方式下面对本发明予以详细描述：本实施例中，一种极地海洋环境用钛合金螺旋桨的生产方法，其步骤如下：1、生产极地海洋环境用钛合金螺旋桨原料的方法：1)采用真空自耗熔炼炉进行钛合金的熔炼，将一级海绵钛、ti-sn中间合金、al-mo中间合金、海绵zr、结晶si、cr铁、ni铁、稀土元素ho钬等所有的合金元素进行混料，再压制成电极，最后将电极和残料焊接成自耗电极，进行熔炼(熔炼温度1800～1900℃)，经过模铸浇铸成铸锭坯，铸锭坯平均厚度为200-300mm；2)进行铸锭坯表面清理，并完成质量检测；3)包装：用捆带进行周向和径向打包。2、极地海洋环境用钛合金螺旋桨的加工成型：1)将铸锭坯在氙气含量达99.999％的气氛中进行退火，退火温度在250～350℃，退火时间为20～24h；2)机加工桨毂两端面和轴孔，插轴孔内的键槽，刮削轴孔，加工桨叶的页面和叶背等，作平衡实验；3)加工时先切除桨毂两端的冒口，浇口等多余部分，造成桨毂前后的两个基准面，然后沿桨毂中心镗孔并在轴孔内插出键槽；4)在车床或镗床上进行镗孔，加工时准备样板或者样轴来检查加工质量。3、极地海洋环境用钛合金螺旋桨的整体热处理：将加工成型的钛合金螺旋桨粗样进行淬火，淬火介质为液氮，淬火温度在1100℃，终冷温度-20℃，冷却速度：350～450℃/s；4、极地海洋环境用钛合金螺旋桨的激光表面热处理：1)激光束在钛合金螺旋桨表面进行全面扫描，激光束扫描速度1～2mm/s，离焦量为10～20mm；2)采用的激光功率2000～3000w；3)激光使工件表面达到1400～1500℃，热处理时间为7～9s，对激光热处理后部位进行喷吹氩气辅助控冷；4)对纯钛极薄带热轧原料表面进行常规喷丸，使板表面无氧化层残留；5)机械性能检测：对钛合金螺旋桨抽样按国标进行力学性能检验，力学性能满足屈服强度不低于1500mpa，抗拉强度不低于1700mpa，延伸率不低于20％；-20℃时低温冲击吸收功kv2不低于400j，-40℃低温冲击吸收功kv2不低于350j，-60℃低温冲击吸收功kv2不低于300j，-80℃低温冲击吸收功kv2不低于250j；表面硬度值不低于100hrc；在-80℃低温海水环境下暴露960d后，腐蚀面积不超过0.1％；6)进行风冷、水洗并烘干，包装后出货。本实施中，根据上述方法制作出的一种极地海洋环境用钛合金螺旋桨，原料的成分：其化学成份按重量百分数计为sn：0.1～0.5％，al：4～6％，mo：0.5～1％，zr：0.2～0.6％，si：1～2％，cr：0.5～1％，ni：1～2％；ho：5～7％，ti：79.9～85.2％，其余为少量不可避免的杂质。采用铸造、机加工、热处理同时进行的方法，制造出厚度为200-300mm，屈服强度不低于1500mpa，抗拉强度不低于1700mpa，延伸率不低于20％；-20℃时低温冲击吸收功kv2不低于400j，-40℃低温冲击吸收功kv2不低于350j，-60℃低温冲击吸收功kv2不低于300j，-80℃低温冲击吸收功kv2不低于250j；表面硬度值不低于100hrc；在-80℃低温海水环境下暴露960d后，腐蚀面积不超过0.1％。本发明进行了大量的试验分析及优化选择，采取如下措施以实现其目的：1)采用一级海绵钛、ti-sn中间合金、al-mo中间合金、海绵zr、结晶si、cr铁、ni铁、稀土元素ho钬粉作为冶炼原料。sn：降低钛合金氢脆敏感性。al：起固溶强化作用提高钛合金螺旋桨强度，同时改善其抗氧化性能。mo：增强钛合金螺旋桨的热处理强化效果，还能改善其耐腐蚀性能。zr：提高钛合金螺旋桨的压力加工性能。si：加硅具有一定的固溶强化作用，同时具有提高耐腐蚀性能的作用。cr和ni：可提高钛合金螺旋桨的强度和塑形，并改善耐磨性能。ho：可显著提高钛合金螺旋桨的低温冲击韧性；2)在氙气氛围内进行退火，可大大提高钛合金螺旋桨铸锭坯的切削机加工性能；3)采用液氮作为介质淬火，可显著提高钛合金螺旋桨的强度，同时能保证其塑性和韧性的提升；4)采用激光表面热处理，可进一步细化钛合金螺旋桨表面组织，使其获得更高的表面硬度以及优异的耐腐蚀性能；5)激光表面热处理过程速度快，原料浪费少，温度低能耗少，热处理表面厚度可精确控制。按照本发明生产的极地海洋环境用钛合金螺旋桨具有厚度为200-300mm，力学性能好、抗低温冲击性能好、耐磨性能强、耐腐蚀性能强、综合性能优良等特点，从而为制造出高性能极地海洋环境用舰艇船只提供了安全可靠的钛合金螺旋桨构件。下面经过进行了大量的试验分析数据如下：表1本发明各实施例的极地海洋环境用钛合金螺旋桨原料的化学成分(wt％)；表2本发明各实施例的极地海洋环境用钛合金螺旋桨原料的熔炼工艺；表3本发明各实施例的极地海洋环境用钛合金螺旋桨退火工艺；表4本发明各实施例的极地海洋环境用钛合金螺旋桨的整体热处理工艺；表5本发明各实施例的极地海洋环境用钛合金螺旋桨的激光表面热处理工艺；表6本发明各实施例的极地海洋环境用钛合金螺旋桨的性能表1本发明各实施例的极地海洋环境用钛合金螺旋桨原料的化学成分(wt％)实施例snalmozrsicrnihoti10.505.00.70.601.90.91.27.079.920.204.50.50.301.00.72.06.584.330.356.00.90.351.51.01.66.082.340.105.50.60.41.70.81.85.084.150.304.01.00.52.00.51.05.585.260.405.80.80.201.30.61.46.383.2表2本发明各实施例的极地海洋环境用钛合金螺旋桨原料的熔炼工艺表3本发明各实施例的极地海洋环境用钛合金螺旋桨退火工艺表4本发明各实施例的极地海洋环境用钛合金螺旋桨的整体热处理工艺表5本发明各实施例的极地海洋环境用钛合金螺旋桨的激光表面热处理工艺表6本发明各实施例的极地海洋环境用钛合金螺旋桨的性能从表6中可以看出，本发明申请的极地海洋环境用钛合金螺旋桨，其屈服强度为1500～1590mpa，抗拉强度为1700～1790mpa，延伸率为20～26％；-20℃时低温冲击吸收功kv2为400～439j，-40℃低温冲击吸收功kv2为350～381j，-60℃低温冲击吸收功kv2为300～339j，-80℃低温冲击吸收功kv2为250～273j；表面硬度值为100～123hrc；在-80℃低温海水环境下暴露960d后，腐蚀面积为0.01～0.10％。产品性能各项指标均优于对比例普通钛合金螺旋桨，产品性能完全满足使用要求，且其厚度为200-300mm，力学性能好、抗低温冲击性能好、耐磨性能强、耐腐蚀性能强、加工成型性能良好、综合性能优良可作为极地海洋环境用螺旋桨安全可靠的结构材料。上述实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方案的限定。当前第1页12