一种电弧增材制造用钛合金丝材及其制备方法技术

一种电弧增材制造用钛合金丝材，其特征在于：按质量百分数计，包括以下组分：

【技术实现步骤摘要】
一种电弧增材制造用钛合金丝材及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电弧增材制造用材料领域，尤其涉及一种电弧增材制造用钛合金丝材及其制备方法
。

技术介绍

[0002]钛合金以其高比强度
、
耐蚀性
、
耐高温等特点广泛应用于海洋开发
、
船舶
、
航空航天等领域
。
近年来，随着增材制造技术的发展，高性能钛合金已经成为了各个行业的热点问题
。
在大型复杂钛合金构件制造过程中，由于其导热系数较低
、
化学活性高，加工难度大，采用传统铸锻焊等工艺流程进行加工时存在制造周期长
、
成本高
、
材料利用率低
、
产品适应性差等问题，极大地限制了钛合金在关键领域的应用和推广
。
[0003]钛合金电弧增材制造技术以电弧为热源
、
钛合金丝材为填充金属，不容易产生未熔合等缺陷，成形效率高
、
材料利用率高
、
结构可设计性强，适用于大型复杂钛合金构件的整体快速制造，在航空航天
、
汽车和舰船大型复杂结构件等领域具有广阔的应用前景
。
然而，目前钛合金构件电弧增材制造通常采用商用焊丝，往往堆积成形性较差，成形精度较低，而且在连续多层的电弧作用下存在元素烧损严重及偏析情况，造成增材构件元素含量偏低，使役性能降低
。
[0004]因此，需要一种能够满足电弧增材制造连续成形的需求且堆积态具有良好的高温强度和塑性的电弧增材制造用钛合金丝材及其制备方法
。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种能够连续成形的电弧增材制造用钛合金丝材
。
[0006]本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种电弧增材制造用钛合金丝材的制备方法
。
[0007]本专利技术解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种电弧增材制造用钛合金丝材，其特征在于：按质量百分数计，包括以下组分：
Al
：
7.15
％
‑
7.47
％
、Mo
：
1.85
％
‑
1.90
％
、V
：
2.25
％
‑
2.35
％
、Zr
：
2.50
％
‑
4.2
％，余量为
Ti
及不可避免杂质：
Fe≤0.1
％
、C≤0.015
％
、H≤0.003
％
、O≤0.12
％
、N≤0.012
％
。
[0008]以下分析本专利技术中合金元素的作用及其处于成分控制范围的原因：
[0009]Al
：铝是钛合金中最常用的
α
稳定元素，通过置换固溶强化，可以提高钛合金室温和高温强度以及热强性
。
国内外各种类型的钛合金中几乎都添加了适量的铝
。
通常情况下认为，铝含量过高，超过
7wt.
％后，易形成脆性的
Ti3Al
相
。Al
含量过低，会降低电弧增材制造钛合金室温及高温强度
。
电弧增材制造过程中，铝烧损率为5％左右
。
为避免产生脆性相且堆积态满足性能要求，本专利技术中的
Al
含量控制为
7.15
％
‑
7.47
％
。
[0010]Mo
：钼与钛具有相同的晶格结构和相近的原子半径，降低
β
转变温度，在
β
相中无限固溶，可以扩大
β
相区，增大
β
相稳定性
。
相较于其他
β
相稳定元素，钼的强化作用较为明显，
可提高室温和高温强度，增加淬透性
。
但钼元素过高会增加成本，降低塑韧性
。
因此，本专利技术的钛合金丝材中，
Mo
元素含量控制为
1.85
％
‑
1.90
％
。
[0011]V
：钒的作用与
Mo
相似，添加少量钒可使合金具有良好的热稳定性和高温蠕变性能，所以，本专利技术中的钒为
2.25
‑
2.35
％
。
[0012]Zr
：
Zr
在钛合金中属于中性元素，对
β
转变温度的影响不大
。
锆与钛的性质相似，原子尺寸也十分接近，能在
α
相和
β
相中无限固溶
。
锆的室温强化作用弱，但高温强化作用强，与其他元素一起加入时，起到补充强化作用
。
因此，本专利技术的钛合金丝材中，
Zr
元素含量控制为
2.5
％
‑
4.2
％
。
[0013]优选地，所述电弧增材制造用钛合金丝材制造的钛合金堆积态的高温抗拉强度
≥740MPa
以上，屈服强度
≥551MPa
以上，同时延伸率
≥9.3
％
。
[0014]本专利技术解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：包括以下步骤：
[0015]S1、
真空熔炼：以
Al
‑
60Mo、Al
‑
55V、
铝豆
、TiO2、Ti
‑
32Fe、
海绵钛
、
海绵锆为原料，按质量百分比
Al
：
7.15
‑
7.47
％，
Mo
：
1.85
‑
1.90
％，
V
：
2.25
‑
2.35
％，
Zr
：
2.5
‑
4.2
％进行混料后进行初次真空熔炼，得到初熔铸锭；
[0016]S2、
制备电极试样：将初熔铸锭进行锻造得到电极试样；
[0017]S3、
二次熔炼：对电极试样采用电渣重熔的方法进行二次熔炼，得到二次铸锭；
[0018]S4、
高温锻造：对二次铸锭进行高温锻造，得到棒材；
[0019]S5、
高温轧制：将棒材经高温热连轧得到直径为
9.5mm
盘圆，后去氧化皮剥皮至
9.0mm
盘圆；
[0020]S6、
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电弧增材制造用钛合金丝材，其特征在于：按质量百分数计，包括以下组分：
Al
：
7.15
％
‑
7.47
％
、Mo
：
1.85
％
‑
1.90
％
、V
：
2.25
％
‑
2.35
％
、Zr
：
2.50
％
‑
4.2
％，余量为
Ti
及不可避免杂质：
Fe≤0.1
％
、C≤0.015
％
、H≤0.003
％
、O≤0.12
％
、N≤0.012
％
。2.
根据权利要求1所述的电弧增材制造用钛合金丝材，其特征在于：所述电弧增材制造用钛合金丝材制造的钛合金堆积态的
500℃
高温抗拉强度
≥740MPa
，屈服强度
≥551MPa
，延伸率
≥9.3
％
。3.
一种权利要求1‑2任一权利要求所述的电弧增材制造用钛合金丝材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、
真空熔炼：以
Al
‑
60Mo、Al
‑
55V、
铝豆
、TiO2、Ti
‑
32Fe、
海绵钛
、
海绵锆为原料，按质量百分比
Al
：
7.15
‑
7.47
％，
Mo
：
1.85
‑
1.90
％，
V
：
2.25
‑
2.35
％，
Zr
：
2.5
‑
4.2
％进行混料后进行初次真空熔炼，得到初熔铸锭；
S2、
制备电极试样：将初熔铸锭进行锻造得到电极试样；
S3、
二次熔炼：对电极试样采用电渣重熔的方法进行二次熔炼，得到二次铸锭；
S4、
高温锻造：对二次铸锭进行锻造，得到棒材；
S5、
高温轧制：将棒材经热连轧得到丝材直径为
9.5mm
的盘圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明朗，明珠，李承德，柏关顺，王伟，丰生荣，任玲玲，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：发明
国别省市：