[发明专利]一种低成本中高强度钛合金材料及其棒材的制备方法

说明书

一种低成本中高强度钛合金材料及其棒材的制备方法，按质量百分比计，Al：5.0％～7.0％、Fe：3.0％～5.0％、O：0.15％～0.25％，余量为钛，将海绵钛、铝豆、铁源与钛白粉混料，并压制为电极块；将压制好的电极块组焊为条状电极；然后进行熔炼，获得一次锭；将一次锭进行二次熔炼获得二次锭，然后开坯锻造，多火次锻造为钛合金材料棒材。本发明主要是采用廉价的Fe代替高成本的V、Mo合金作为强化剂，可直接降低合金材料成本20％至30％，且合金具有优良的力学性能，其抗拉强度可达900MPa以上、延伸率10％以上。

技术领域

本发明属于钛合金材料制造领域，涉及一种低成本中高强度钛合金材料及其棒材的制备方法。

背景技术

钛合金具有比强度高、密度较低、抗腐蚀性能良好等优点，已经在航空、航天等高端工业领域得到广泛应用。通常中高强钛合金主要含有Al、Mo、V、Zr、Nb等合金元素，而这些合金元素的加入导致钛合金材料价格较传统的不锈钢材、铝材高出数十倍。成本高严重制约了钛合金材料在舰船、兵器、化工、能源等行业广泛应用。一直以来，人们希望既能保证合金较高的强度又能最大限度降低钛合金材料成本，进而将扩大钛合金的应用范围。

如日本通过降低海绵钛成本、采用廉价的合金元素降低合金原料成本及采用低成本工艺降低加工成本等，开发出了一些性价比较高的钛合金材料如SP-700等。美国在低成本军用钛合金方面开展了大量研究和工程应用工作，如Timet公司以低廉的Al-Fe中间合金取代较贵的Al-Mo中间合金开发出了Timetal 62S低成本钛合金，在同等的性能水平下成本较Ti-6Al-4V降低15％至20％。我国则采用廉价的MoFe合金制备Ti8LC和Ti12LC低成本钛合金。但对于舰船、兵器、化工等行业来说，成本仍然较高。

发明内容

为了解决我国兵器、舰船、电子等行业对低成本中高强钛合金的需求，本发明的目的是提供一种抗拉强度在900MPa-1100MPa、延伸率在10％～20％的低成本钛合金材料及其棒材的制备方法。

为了实现以上目的，本发明采取了如下技术方案：

一种低成本中高强度钛合金材料，组分为Ti-Al-Fe-O，按质量百分比计，包括Al：5.0％～7.0％、Fe：3.0％～5.0％、O：0.15％～0.25％，余量为钛和不可避免的杂质。

本发明进一步的改进在于，杂质的重量百分比为：C：≤0.05％、N：≤0.03％、H：≤0.015％。

一种低成本中高强度钛合金材料棒材的制备方法，包括以下步骤：

1)按质量百分比计，Al：5.0％～7.0％、Fe：3.0％～5.0％、O：0.15％～0.25％，余量为钛，将海绵钛、铝豆、铁源与钛白粉混料，并压制为电极块；其中，铁源为Fe屑或Ti-Fe70中间合金；

2)将压制好的电极块组焊为条状电极；

3)将步骤2)制得的条状电极作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行熔炼，获得一次锭；

4)将一次锭倒置并作为自耗电极进行二次熔炼获得二次锭；

5)将二次锭冷却后出炉；

6)将铸锭加热后进行开坯锻造，得到坯料；

7)将坯料加热后多火次锻造为钛合金材料棒材。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，采用真空等离子焊或氩气保护等离子焊，将压制好的电极块组焊为长条状电极。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，熔炼电流为5～12KA，熔炼电压为26～35V。

本发明进一步的改进在于，步骤4)中，熔炼电流为7～15KA，熔炼电压为28～40V。