一种Ti-5Al-3V-4Fe钛合金小规格棒材的制备方法技术

技术编号：42664292 阅读：13 留言：0更新日期：2024-09-10 12:20

本发明专利技术公开了一种Ti‑5Al‑3V‑4Fe钛合金小规格棒材的制备方法，首先熔炼生产出Ti‑5Al‑3V‑4Fe钛钛合金铸锭，将铸锭加热和保温一定时间后利用自由锻压机采用自由锻工艺经多火次的镦拔、开方、滚圆制成中间棒坯，棒坯经表面处理后，利用精锻机采用径向锻造的方式进行小规格棒材的生产，在设计的温度下保温一定时间后最终生产出Ti‑5Al‑3V‑4Fe钛合金小规格棒材，生产出的Ti‑Al‑V‑Fe钛合金小规格棒材符合相关应用需求，满足了我国对于高强低成本钛合金材料的需求。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钛合金制备，具体涉及一种ti-5al-3v-4fe钛合金小规格棒材的制备方法。

技术介绍

1、钛及钛合金具有强度高、密度小、弹性模量低、热膨胀系数低、无磁性、热导率低、低温性能良好、耐腐蚀和对环境无污染等一系列优点，广泛应用于航天航空、舰艇船舶、石油化工等多个领域，随着技术的发展，目前对钛合金的需求越来越大。但相比于钢铁等其他合金，钛及钛合金较高的生产成本限制了其更为广泛的应用，因此低成本钛合金成为了现如今钛行业的研究重点。fe元素是钛合金低成本化最常使用的元素之一，它具有以下特点：①价格较低；②分布广泛，开采容易；③β相稳定能力强。

2、ti-al-v-fe系列合金是美国ati公司研发的一种取代tc4的新型钛合金，其不仅具有较高的强度，同时耐磨耐腐蚀性能、延展性能等综合性能优异且成本较低。该系列合金添加fe元素代替部分v作为β稳定元素，它具有以下几个特点：fe价格便宜，在地壳中分布广泛容易获取；稳定钛合金中β相的能力较强，有利于促进β钛的形成；扩散速率较常用的β稳定元素mo、v要快，缩短了时效时间，节省热处理时间，降低成本；并且提高钛合金强硬度，有利于钛合金切削，降低加工成本。但是由于fe元素会降低钛合金的塑性，对于ti-al-v-fe合金小规格棒材，现有制造方法难以实现。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种ti-5al-3v-4fe钛合金小规格棒材的制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、一种ti-5al-3v-4fe钛合金小规格棒材的制备方法，包括：

3、步骤1：将中间合金包和海绵钛采用真空感应熔炼工艺在真空自耗电弧炉中熔炼出ti-5al-3v-4fe钛合金铸锭；所述ti-5al-3v-4fe钛合金铸锭由以下质量百分数的成分组成：al 4.5％～5.5％，v 3.0％～4.0％，fe 3.5％～4.5％，o 0.1％～0.15％，其余为ti；所述ti-5al-3v-4fe钛合金铸锭的直径≥400mm、重≥0.8吨；

4、步骤2：将所述ti-5al-3v-4fe钛合金铸锭加热至tβ+(200～300℃)，并保温100～300min后，在相变点以上对其进行开坯锻造，得到ti-5al-3v-4fe钛合金圆柱锻坯，所述ti-5al-3v-4fe钛合金圆柱锻坯的直径为420～480mm；

5、步骤3：将所述ti-5al-3v-4fe钛合金圆柱锻坯加热至tβ－(30～60℃)～tβ+(100～200)℃，并保温60～240min后，采用多火次大塑性变形锻造工艺，制备出ti-5al-3v-4fe钛合金棒坯，所述ti-5al-3v-4fe钛合金棒坯的直径为110～140mm；

6、步骤4：将所述ti-5al-3v-4fe钛合金棒坯加热至至tβ－

7、(30～50)℃，并依据棒坯直径mm×保温系数0.5～0.8min/mm确定保温时间保温后，利用径向锻造的方式进行锻造，得到ti-5al-3v-4fe钛合金棒材半成品；整个径向锻造过程每火次的拉打速度为2～4m/min，并在5min内完成，通过多火次生产最终得到ti-5al-3v-4fe钛合金小规格成品棒材，所述成品棒材的直径为25～100mm。

8、进一步地，所述步骤1中：所述真空感应熔炼工艺的熔炼电流为9～12ka，熔炼电压30～40v，熔炼真空度为≤7pa。

9、进一步地，所述开坯锻造的锻造比为2.2-6，变形速度为20-50mm/s。

10、进一步地，所述步骤3中，所述多火次大塑性变形锻造工艺为多火次的镦拔→开方→滚圆；其中，除最后一火次外每火次的锻造比为1.5～4，变形速度为20～50mm/s，最后一火次锻造比为1.5～2，变形速度为10～30mm/s。

11、进一步地，所述步骤4中，所述径向锻造每火次变形道次为3～5道次，且第一道次与第二道次锻造比为1.5～3，后续道次锻造比为1.5～2，最后一道次为整形校平道次，所述整形道次后的减径量小于7mm。

12、本专利技术的有益效果：

13、通过设计合理的工艺路线，最终突破ti-al-v-fe钛合金小规格棒材制备关键技术，所制备的ti-5al-3v-4fe钛合金小规格棒材的外形质量、高低倍组织、力学性能和探伤水平均能满足我国对于ti-al-v-fe型高强低成本钛合金产品的需求。

14、以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。

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【技术保护点】

1.一种Ti-5Al-3V-4Fe钛合金小规格棒材的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的Ti-5Al-3V-4Fe钛合金小规格棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤1中：所述真空感应熔炼工艺的熔炼电流为9～12kA，熔炼电压30～40V，熔炼真空度为≤7Pa。

3.根据权利要求1所述的Ti-5Al-3V-4Fe钛合金小规格棒材的制备方法，其特征在于，所述开坯锻造的锻造比为2.2～6，变形速度为20～50mm/s。

4.根据权利要求1所述的Ti-5Al-3V-4Fe钛合金小规格棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述多火次大塑性变形锻造工艺为多火次的镦拔→开方→滚圆；其中，除最后一火次外每火次的锻造比为1.5～4，变形速度为20～50mm/s，最后一火次锻造比为1.5～2，变形速度为10～30mm/s。

5.根据权利要求1所述的Ti-5Al-3V-4Fe钛合金小规格棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，所述径向锻造每火次变形道次为3～5道次，且第一道次与第二道次锻造比为1.5～3，后续道次锻造比为1.5～2，

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【技术特征摘要】

1.一种ti-5al-3v-4fe钛合金小规格棒材的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的ti-5al-3v-4fe钛合金小规格棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤1中：所述真空感应熔炼工艺的熔炼电流为9～12ka，熔炼电压30～40v，熔炼真空度为≤7pa。

3.根据权利要求1所述的ti-5al-3v-4fe钛合金小规格棒材的制备方法，其特征在于，所述开坯锻造的锻造比为2.2～6，变形速度为20～50mm/s。

4.根据权利要求1所述的ti-5al-3v-4fe钛合金小...

【专利技术属性】
技术研发人员：何书林，董轶，刘继雄，李巍，段晓辉，王小翔，王颖，赵金星，张晓龙，郑鹏飞，傅开，杨兰兰，张欢，雷梦妮，王文波，韩琛宜，
申请(专利权)人：宝鸡钛业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：

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