[发明专利]高强度高延伸率锻造钛合金材料、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及高强度高延伸率锻造钛合金材料、制备方法及其应用，钛合金的材料牌号为Ti‑8Al‑1Mo‑1Cr‑1Fe，其化学成分按重量百分比为：Al：6%~9%、Mo：0.6%~1.4%、Cr：0.6%~1.4%、Fe：0.6%~1.8%，余量为Ti和不可避免的杂质。在制备时，将海绵钛、纯铝、钼铁合金、铬铁合金，按照上述化学成分配比混合，然后挤压成熔炼用的自耗电极，经真空自耗电弧炉二次或二次以上熔炼成铸锭，再经锻造获得所述的锻造钛合金材料。本发明的Ti‑8Al‑1Mo‑1Cr‑1Fe钛合金具有较低的密度，高的强度、塑性、弹性模量，热锻、热轧、冷锻、冷轧工艺性能，适合用于高尔夫球头击球面。

技术领域

本发明属于钛合金材料技术领域，具体涉及一种高强度高延伸率锻造钛合金材料、制备方法及其应用。

背景技术

钛及钛合金具有密度小、屈强比高、耐腐蚀等许多优点，被誉为“崛起的第三金属”，是一种重要的战略金属材料，对国民经济的建设、发展具有重要作用。随着人们对钛知识的了解逐渐深入，钛及钛合金得到了越来越广泛的推广应用，特别是体育用品、建筑、电力、汽车等民用行业用钛量逐年增加。但高价格一直是制约钛合金大量应用的最大障碍。因此，降低材料成本一直是钛合金研究领域最受关注的重点之一。目前，最有效的降低钛合金成本的途径有以下几个方面：（1）开发新型钛合金，主要合金元素所需添加的中间合金含量较少或者价格较低；（2）在熔炼铸锭时，能够添加较大比例的钛残料；（3）改进制备技术，降低熔炼，加工的成本。

钛制高尔夫球头是钛合金在体育制品行业应用的一个典型，该行业的用钛量保持了一个相对稳定的增长，钛制高尔夫球头击球面多使用的是钛合金的锻造和轧制材，一般采用高强度的钛合金板，如：SP-700、Ti15333、SAT-2041、Ti1553，等。SP-700钛合金被广泛应用于高尔夫球头打击面的生产中，因其加工性、强度、韧性、击球感及成本等对球头而言是平衡性极好的钛合金；SAT-2041钛合金是高尔夫球头击球面使用较多的新材料，其冷加工性能优良，经合适的时效处理可获得高强度及高韧性，击球感良好；Ti15333、Ti1553均为应用较多的高尔夫球头击球面材料，两种材料的强度和弹性都较好，但合金中都含有元素Zr，成本较高，故不利于降低高尔夫球头的制造成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度高延伸率锻造钛合金材料、制备方法及其应用，对合金成分及原材料进行选取设计，通过降低合金原材料成本，配制熔炼出成本较低的高强度高延伸率锻造钛合金材料，该材料具有优良的力学性能，再经锻造、热轧、冷轧的方法可加工成高尔夫球头击球面用的钛合金板材。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种高强度高延伸率锻造钛合金材料，其钛合金的材料牌号为Ti-8Al-1Mo-1Cr-1Fe，其化学成分按重量百分比为：Al：6%~9%、Mo：0.6%~1.4%、Cr：0.6%~1.4%、Fe：0.6%~1.8%，余量为Ti和不可避免的杂质。

该钛合金材料屈服强度≥850MPa，抗拉强度≥950MPa，延伸率≥15%，断面收缩率≥35%，弹性模量≥120GPa。

一种钛合金材料的制备方法，用于制备所述的高强度高延伸率锻造钛合金材料，将海绵钛、纯铝、钼铁合金、铬铁合金，按照上述化学成分配比混合，然后挤压成熔炼用的自耗电极，经真空自耗电弧炉二次或二次以上熔炼成铸锭，熔炼真空度0-5Pa，弧电压30-40V，弧电流5000-10000A；熔炼后的铸锭经去除收弧端缩孔和表皮，制备成锻造用光锭；然后，将所得光锭采用多火次锻造，每火次锻造进行数次墩拔，得到所需的高强度高延伸率锻造钛合金材料。

所述熔炼后的铸锭中各成分的百分比为：Al：6%~9%、Mo：0.6%~1.4%、Cr：0.6%~1.4%、Fe：0.6%~1.8%，余量为Ti和不可避免的杂质。

一种锻造钛合金材料的应用，所制备的高强度高延伸率锻造钛合金材料能够用于加工高尔夫球头击球面。