一种含铋钪的轧制TC4合金及其制备工艺的制作方法

本发明属于钛合金，尤其涉及一种含铋钪的轧制tc4合金及其制备工艺。

背景技术：

1、钛铝钒合金(tc4合金)作为最优潜力的钛合金体系，因其具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域，尤其是航空航天、军工、交通等技术领域。钛铝钒合金的强韧化是目前科学关注的重要问题，可通过al、v等元素的固溶强化，轧制处理或增材制造等技术实现细晶强化效果，提高合金强度的同时，保证了较高的塑性。

2、现有技术中，公布号为cn114774819a和cn112238152a的中国发明专利分别公开了一种tc4合金铸件的热处理工艺和一种宽幅超厚tc4钛合金板材的制备工艺，目的在于提高tc4合金的性能。

3、在上述公开技术的基础上，为进一步改善合金性能，发明人发现，在钛铝钒合金中添加bi、sc元素，利用bi原子半径小于al和v的原子半径特点，能实现进一步的固溶强化效果，同时添加sc元素除了其固溶强化效果外，可形成微量al3sc相，通过多元强化机制提高合金的强度性能。目前，该方法在钛合金的制备工艺中尚未报道。

技术实现思路

1、本发明旨在至少一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种含铋钪的轧制tc4合金及其制备工艺，采用该工艺制得的tc4合金，能够较大程度的提高合金的塑性和强度，从而可以满足航空航天、军工、交通等技术领域的需求。

2、在本发明的一个方面，本发明提供如下技术方案：

3、一种含铋钪的轧制tc4合金，合金中包括以下重量百分比的各组分：

4、al：5.0～7.0wt％；

5、v：3.5～4.5wt％；

6、bi：0.5～1.5wt％；

7、sc：0.3～0.8wt％；

8、余量为ti和杂质。

9、作为优选，合金中包括以下重量百分比的各组分：

10、al：6.0wt％；

11、v：4.0wt％；

12、bi：0.8wt％；

13、sc：0.8wt％；

14、余量为ti和杂质。

15、在本发明的另一方面，本发明提供一种含铋钪的轧制tc4合金的制备工艺，用于上述的含铋钪的轧制tc4合金的制备，包括以下步骤：

16、步骤s1、根据合金中各组分及其质量百分比称取金属原料；

17、步骤s2、将称取的金属原料在常温下通过压力机进行压块处理，形成密度为3.0～3.2g/cm2的金属原材料电极块；

18、步骤s3、取坩埚，与步骤2得到的所述金属原材料电极块一同进行烘干清理，将烘干清理后的所述金属原材料电极块放入所述坩埚，将盛有金属原材料电极块的坩埚放入铸锭炉中完成一次熔炼，得到铸锭；

19、步骤s4、将步骤3一次熔炼得到的所述铸锭进行清理，清理后重复步骤s3的工艺进行二次熔炼和三次熔炼，以确保合金成分的均匀；

20、步骤s5、机械去除步骤s4得到的所述铸锭表面的氧化物；

21、步骤s6、将经过步骤s5处理后的所述铸锭切割成一定尺寸的坯料进行轧制处理，轧制完成后水冷，得到轧制合金；

22、步骤s7、将步骤s6轧制后的轧制合金进行热处理，随后在惰性气体保护气氛下进行动态再结晶处理，进一步进行β相转变处理，然后随炉冷却处理；

23、步骤s8、对经过步骤s7处理后的轧制合金进行去应力处理，得到所述含铋钪的轧制tc4合金。

24、作为优选，步骤s1中，所述金属原材料为高纯al颗粒、高纯bi、ti-20v中间合金、al-20sc中间合金、海绵钛。

25、作为优选，步骤s2中，将所述金属原料压成密度为3.0～3.2g/cm2的金属原材料电极块。

26、作为优选，步骤s3中，所述铸锭炉选用真空自耗电极电弧炉，将盛有金属原材料电极块的坩埚放入真空自耗电极电弧炉中，对所述真空自耗电极电弧炉抽真空，将自耗电极和辅助电极焊接，引燃电弧进行熔炼；熔炼结束后，降温至300℃后打开所述真空自耗电极电弧炉取出铸锭。

27、作为优选，步骤s6中，将所述铸锭切割成60mm*40mm*30mm的坯料进行轧制处理。

28、作为优选，步骤s6中，轧制前950℃保温1h，轧制温度为950℃，轧制分4道次连续轧制，单次轧制比70％，终轧完成后水冷。

29、作为优选，步骤s7中，所述动态再结晶处理的温度为950℃，保温30min后水冷。

30、作为优选，步骤s7中，所述β相转变处理温度为1150℃，保温时间为60min。

31、本发明的有益效果：

32、本发明提供的合金制备工艺包含合金熔炼、轧制处理和后期热处理三大步骤。合金强韧化机制主要依靠sc、bi等元素固溶强化、al3sc第二相强化和细晶强化等多元强化。该合金制备工艺工艺简单、生产效率高、适合大铸件生产，由该工艺制得的含铋钪的轧制tc4合金强度高、塑性好。

技术特征：

1.一种含铋钪的轧制tc4合金，其特征在于，合金中包括以下重量百分比的各组分：

2.根据权利要求1所述的含铋钪的轧制tc4合金，其特征在于，合金中包括以下重量百分比的各组分：

3.一种含铋钪的轧制tc4合金的制备工艺，用于权利要求1或2所述的含铋钪的轧制tc4合金的制备，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的含铋钪的轧制tc4合金的制备工艺，其特征在于，步骤s1中，所述金属原材料为高纯al颗粒、高纯bi、ti-20v中间合金、al-20sc中间合金、海绵钛。

5.根据权利要求3所述的含铋钪的轧制tc4合金的制备工艺，其特征在于，步骤s3中，所述铸锭炉选用真空自耗电极电弧炉，将盛有金属原材料电极块的坩埚放入真空自耗电极电弧炉中，对所述真空自耗电极电弧炉抽真空，将自耗电极和辅助电极焊接，引燃电弧进行熔炼；熔炼结束后，降温至300℃后打开所述真空自耗电极电弧炉取出铸锭。

6.根据权利要求3所述的含铋钪的轧制tc4合金的制备工艺，其特征在于，步骤s6中，将所述铸锭切割成60mm*40mm*30mm的坯料进行轧制处理。

7.根据权利要求6所述的含铋钪的轧制tc4合金的制备工艺，其特征在于，步骤s6中，轧制前950℃保温1h，轧制温度为950℃，轧制分4道次连续轧制，单次轧制比70%，终轧完成后水冷。

8.根据权利要求3所述的含铋钪的轧制tc4合金的制备工艺，其特征在于，步骤s7中，所述动态再结晶处理的温度为950℃，保温30min后水冷。

9.根据权利要求8所述的含铋钪的轧制tc4合金的制备工艺，其特征在于，步骤s7中，所述β相转变处理温度为1150℃，保温时间为60min。

技术总结
本发明涉及钛合金技术领域，具体公开一种含铋钪的轧制TC4合金及其制备工艺，该合金由以下各组分按重量百分比组成：Al：5.0～7.0wt%，V：3.5～4.5wt%，Bi：0.5～1.5wt%，Sc：0.3～0.8wt%，余量为Ti。该合金制备工艺包含合金熔炼、轧制处理和后期热处理三大步骤。合金强韧化机制主要依靠V、Al、Bi等元素固溶强化、Al<subgt;3</subgt;Sc第二相强化和细晶强化等多元强化。该合金制备工艺工艺简单、生产效率高、适合大铸件生产，由该工艺制得的含铋钪的轧制TC4合金强度高、塑性好。

技术研发人员：李万东,雒新宇
受保护的技术使用者：承德石油高等专科学校
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29