一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法专利检索-·钎焊或焊接用焊丝或焊条的制造专利检索查询-专利查询网

一种改善钛 合金 焊丝强塑性匹配的微合金化方法

专利类型	发明公开	法律事件	公开; 实质审查; 授权;
专利有效性	有效专利	当前状态	授权
申请号	CN202210546734.4	申请日	2022-05-18
公开(公告)号	CN114769947A	公开(公告)日	2022-07-22
申请人	西北有色金属研究院;	申请人类型	科研院所
发明人	郭萍; 毛小南; 潘浩; 洪权; 张菁丽; 侯红苗; 张永强; 秦成;	第一发明人	郭萍
权利人	西北有色金属研究院	权利人类型	科研院所
当前权利人	西北有色金属研究院	当前权利人类型	科研院所
省份	当前专利权人所在省份：陕西省	城市	当前专利权人所在城市：陕西省西安市
具体地址	当前专利权人所在详细地址：陕西省西安市未央区未央路96号	邮编	当前专利权人邮编：710016
主IPC国际分类	B23K35/40	所有IPC国际分类	B23K35/40 ; B23K35/32
专利引用数量	9	专利被引用数量	0
专利权利要求数量	6	专利文献类型	A
专利代理机构	西安创知专利事务所	专利代理人	马小燕;
摘要	本发明公开了一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法，该方法包括：一、将原料混合压制成自耗电极并进行三次真空自耗电弧熔炼；二、依次进行开坯锻造、两相区锻造、轧制及热规圆拉拔；三、冷轧及辊磨拉伸加工得到TA17‑2B钛合金丝材；四、多级真空退火处理得到TA17‑2B钛合金焊丝。本发明根据元素分类及各元素在钛合金中的作用，通过精确控制合金成分中的α稳定元素和间隙元素、β稳定元素的含量，保证了TA17‑2B钛合金焊丝的强度和塑性达到良好匹配，同时结合大变形锻造、轧制及辊磨拉伸工艺，获得组织均匀、强塑性匹配、表面质量良好的高品质TA17‑2B钛合金焊丝，满足了工程用焊丝材料的要求。
权利要求	1.一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、采用0级海绵钛、Al‑V中间合金、铝豆、TiO2粉末混合并压制成自耗电极，然后将自耗电极进行三次真空自耗电弧熔炼，得到TA17‑2B钛合金铸锭；所述TA17‑2B钛合金铸锭由以下质量百分含量的成分组成：Al 1.5％～2.5％，V 1.0％～2.0％，Fe≤0.2％，O≤ 0.1％，C≤0.07％，N≤0.04％，H≤0.002％，Si≤0.1％，其余为Ti；步骤二、将步骤一中得到的TA17‑2B钛合金铸锭依次在相变点以上100℃～250℃进行开坯锻造，在相变点以下20℃～50℃进行两相区锻造、轧制及热规圆拉拔，得到TA17‑2B钛合金丝坯；步骤三、将步骤二中得到的TA17‑2B钛合金丝坯修伤去除表面氧化皮，然后进行冷轧及辊磨拉伸加工，得到TA17‑2B钛合金丝材；步骤四、将步骤三中得到的TA17‑2B钛合金丝材进行多级真空退火处理，得到TA17‑2B钛合金焊丝；所述TA17‑2B钛合金焊丝的抗拉强度Rm≥490MPa，延伸率A50≥20％。 2.根据权利要求1所述的一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法，其特征在于，步骤一中所述0级海绵钛为MHT‑95及以上级别的小粒度海绵钛。 3.根据权利要求1所述的一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法，其特征在于，步骤一中所述TA17‑2B钛合金铸锭由以下质量百分含量的成分组成：Al 1.75％～ 2.2％，V 1.45％～1.7％，Fe≤0.2％，O 0.04％～0.07％，C≤0.07％，N≤0.04％，H≤ 0.002％，Si≤0.1％，其余为Ti。 4.根据权利要求1所述的一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法，其特征在于，步骤三中所述冷轧及辊磨拉伸加工的加工率超过75％时进行气氛保护退火，且气氛保护退火的制度为：700℃～740℃下保温0.5h～1h。 5.根据权利要求1所述的一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法，其特征在于，步骤四中所述多级真空退火处理的制度为：先在630℃下保温1h，然后在670℃下保温 3h，再在710℃下保温1h。 6.根据权利要求1所述的一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法，其特征在于，步骤四中所述TA17‑2B钛合金焊丝的规格为直径φ1.6mm～φ3.0mm。
说明书全文	一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法技术领域 [0001] 本发明属于钛合金制备技术领域，具体涉及一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法。背景技术 [0002] 钛合金因具有高强度、低密度、耐高温、耐腐蚀等优异性能而广泛应用于航空、航天、舰船、核工业及兵器等领域，产品种类也多种多样，如板、棒、管、丝、环、箔材及锻件、精密成型件等。钛及钛合金丝材作为钛材系列的一种重要产品，无论从产量、规格和应用上都得到了长足发展，目前，80％以上的钛及钛合金丝材是作为焊丝使用，如各种钛制设备焊接、焊管、航空喷气发动机涡轮盘及叶片的补焊、机匣的焊接及核电领域等。近年来，由于材料性能的不断发展，对钛合金焊丝性能也提出了更高的要求。目前，民用小型堆采用TA17‑2B钛合金焊丝材料，为了保证其质量可靠性，选用同系列的钛合金作为焊丝，但对其焊丝性能提出了更高的要求，即要求在材料强度Rm不小于490MPa的同时，其塑性A50不小于20％，并且组织均匀无缺陷。对于TA17‑2B钛合金，在其名义成分范围内配制的合金，后续通过常规加工方法制备的丝材，通常存在着强度和塑性不能完全匹配，即存在强度欠缺或塑性不达标的现象。发明内容 [0003] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法。该方法根据元素分类及各元素在钛合金中的作用，通过精确控制合金成分中的α稳定元素和间隙元素、β稳定元素的含量，保证了TA17‑2B钛合金焊丝的强度和塑性达到良好匹配，同时结合大变形锻造、轧制及辊磨拉伸工艺，获得组织均匀、强塑性匹配、表面质量良好的高品质TA17‑2B钛合金焊丝。 [0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： [0005] 步骤一、采用0级海绵钛、Al‑V中间合金、铝豆、TiO2粉末混合并压制成自耗电极，然后将自耗电极进行三次真空自耗电弧熔炼，得到TA17‑2B钛合金铸锭；所述TA17‑2B钛合金铸锭由以下质量百分含量的成分组成：Al 1.5％～2.5％，V 1.0％～2.0％，Fe≤0.2％，O≤0.1％，C≤0.07％，N≤0.04％，H≤0.002％，Si≤0.1％，其余为Ti； [0006] 步骤二、将步骤一中得到的TA17‑2B钛合金铸锭依次在相变点以上100℃～250℃进行开坯锻造，在相变点以下20℃～50℃进行两相区锻造、轧制及热规圆拉拔，得到TA17‑2B钛合金丝坯； [0007] 步骤三、将步骤二中得到的TA17‑2B钛合金丝坯修伤去除表面氧化皮，然后进行冷轧及辊磨拉伸加工，得到TA17‑2B钛合金丝材； [0008] 步骤四、将步骤三中得到的TA17‑2B钛合金丝材进行多级真空退火处理，得到TA17‑2B钛合金焊丝；所述TA17‑2B钛合金焊丝的抗拉强度Rm≥490MPa，延伸率A50≥20％。 [0009] 针对于现有技术中根据TA17‑2B钛合金的名义成分配料，较大范围的元素含量无法稳定控制钛合金的强塑性匹配，导致钛合金丝材强度或塑性不达标的难题，本发明通过控制TA17‑2B钛合金铸锭中α稳定元素Al元素和间隙元素O元素的含量，提高了TA17‑2B钛合金焊丝的强度，且避免了其塑性的进一步降低，同时通过加入少量的β稳定元素V形成近α合金，发挥热处理强化效应，结合后续热处理过程提高了TA17‑2B钛合金焊丝的强度，且对其塑性影响不大。因此，本发明采用微合金化方法，通过精确调控TA17‑2B钛合金铸锭中α稳定元素Al元素和间隙元素O元素、β稳定元素的含量，使得TA17‑2B钛合金焊丝的强度和塑性达到良好匹配；同时，本发明在大变形锻造、轧制及热规圆拉拔后采用冷轧工艺，有效控制了加工变形量，改善了钛合金材料的内部微观组织，避免了因变形不均造成的心部孔洞，并结合采用辊磨拉伸加工，在保证微观组织的同时提高了TA17‑2B钛合金丝材的尺寸及表面精度，从而改善了TA17‑2B钛合金焊丝的质量，满足焊接要求。 [0010] 本发明中的延伸率A50属于非比例试样，代表原始标距为50mm，而常规的延伸率A5代表试样标距与直径的比是5。由于通常焊丝的直径很小，A5的试样标距很短，而延伸率A50在测量过程中由于标距较长，检测条件更苛刻，其检测值较A5值明显要小。 [0011] 上述的一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法，其特征在于，步骤一中所述0级海绵钛为MHT‑95及以上级别的小粒度海绵钛。本发明采用等级较高的小粒度海绵钛，一方面有效控制了原料中如Mn、Cr、Fe、Si、Ni、Cr等杂质元素的含量，避免杂质元素总含量过高对材料塑性造成影响，确保了TA17‑2B钛合金焊丝的塑性；另一方面，采用小粒度的海绵钛促进了其他原料均匀分布，避免了合金元素分布不均造成组织偏析严重，提高了TA17‑2B钛合金铸锭的成分均匀性，进一步保证了TA17‑2B钛合金焊丝的性能稳定。 [0012] 上述的一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法，其特征在于，步骤一中所述TA17‑2B钛合金铸锭由以下质量百分含量的成分组成：Al 1.75％～2.2％，V 1.45％～1.7％，Fe≤0.2％，O 0.04％～0.07％，C≤0.07％，N≤0.04％，H≤0.002％，Si≤0.1％，其余为Ti。本发明通过控制α稳定元素Al的质量百分含量为1.75％～2.2％，提高了TA17‑2B钛合金焊丝的强度，并避免Al过量对焊丝塑性造成影响；通过控制β稳定元素V的质量百分含量为1.45％～1.7％，从而通过后续热处理提高了焊丝的强度，起到热处理强化的作用，同时控制V的质量百分含量在较小范围内波动，减少对焊丝塑性的影响；结合控制间隙元素O的质量百分含量为0.04％～0.07％，协同各元素间相互作用，改善焊丝的综合性能，使得焊丝的强塑性达到良好匹配。 [0013] 上述的一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法，其特征在于，步骤三中所述冷轧及辊磨拉伸加工的加工率超过75％时进行气氛保护退火，且气氛保护退火的制度为：700℃～740℃下保温0.5h～1h。本发明通过气氛保护退火以消除加工硬化，保证了焊丝表面的质量。 [0014] 上述的一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法，其特征在于，步骤四中所述多级真空退火处理的制度为：先在630℃下保温1h，然后在670℃下保温3h，再在710℃下保温1h。本发明采用上述多级真空退火处理的制度，一方面除去了加工过程中可能引入的氢，降低了杂质氢的百分含量，确保了焊丝的塑性；另一方面，通过退火使得变形晶粒产生再结晶，从而细化晶粒，进一步改善焊丝的强度和塑性。 [0015] 上述的一种改善钛合金焊丝强塑性匹配的微合金化方法，其特征在于，步骤四中所述TA17‑2B钛合金焊丝的规格为直径φ1.6mm～φ3.0mm。 [0016] 本发明与现有技术相比具有以下优点： [0017] 1、本发明采用微合金化方法，通过精确控制合金成分中的α稳定元素和间隙元素、β稳定元素的含量，提高了TA17‑2B钛合金焊丝的强度并减小对其塑性的影响，结合后续热处理过程，使得TA17‑2B钛合金焊丝的强度和塑性达到良好匹配，满足了工程用焊丝材料的要求。 [0018] 2、本发明制备的TA17‑2B钛合金焊丝的抗拉强度Rm≥490MPa，延伸率A50≥20％，同时兼具优良的强度和塑性。 [0019] 3、本发明采用冷轧结合辊磨拉伸加工的工艺，有效控制了加工变形量，改善了钛合金材料的内部微观组织均匀性，提高了TA17‑2B钛合金丝材的尺寸及表面精度，从而改善了TA17‑2B钛合金焊丝的质量，进一步满足焊接要求。 [0020] 下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。具体实施方式 [0021] 实施例1 [0022] 本实施例的方法包括以下步骤： [0023] 步骤一、采用MHT‑90级小粒度海绵钛、Al‑V中间合金、铝豆、TiO2粉末，按照名义成分Ti‑1.8Al‑2.05V‑0.07O进行合金配料后混合并压制成自耗电极，然后将自耗电极进行三次真空自耗电弧熔炼，得到TA17‑2B钛合金铸锭；所述TA17‑2B钛合金铸锭由以下质量百分含量的成分组成：Al 1.5％，V 2.0％，Fe 0.021％，O 0.062％，C 0.016％，N 0.006％，H 0.0011％，Si 0.04％，其余为Ti； [0024] 步骤二、将步骤一中得到的TA17‑2B钛合金铸锭依次在相变点以上250℃进行开坯锻造，在相变点以上100℃进行锻造，接着在相变点以下20℃进行两相区锻造获得锻坯，随后在相变点以下50℃进行轧制，在850℃进行热规圆拉拔，得到TA17‑2B钛合金丝坯； [0025] 步骤三、将步骤二中得到的TA17‑2B钛合金丝坯修伤去除表面氧化皮，然后进行冷轧及辊磨拉伸加工，经清洗表面后得到TA17‑2B钛合金丝材；所述冷轧及辊磨拉伸加工的加工率超过75％时进行气氛保护退火，且气氛保护退火的制度为：740℃下保温40min； [0026] 步骤四、将步骤三中得到的TA17‑2B钛合金丝材进行多级真空退火处理，多级真空退火处理的制度为：先在630℃下保温1h，然后在670℃下保温3h，再在710℃下保温1h，得到直径φ1.6mm的TA17‑2B钛合金焊丝；所述TA17‑2B钛合金焊丝的抗拉强度Rm＝519MPa，延伸率A50＝23.0％。 [0027] 实施例2 [0028] 本实施例的方法包括以下步骤： [0029] 步骤一、采用MHT‑90级小粒度海绵钛、Al‑V中间合金、铝豆、TiO2粉末，按照名义成分Ti‑1.8Al‑1.2V‑0.05O进行合金配料后混合并压制成自耗电极，然后将自耗电极进行三次真空自耗电弧熔炼，得到TA17‑2B钛合金铸锭；所述TA17‑2B钛合金铸锭由以下质量百分含量的成分组成：Al1.75％，V 1.0％，Fe 0.012％，O 0.049％，C 0.012％，N 0.005％，H 0.0007％，Si 0.03％，其余为Ti； [0030] 步骤二、将步骤一中得到的TA17‑2B钛合金铸锭依次在相变点以上180℃进行开坯锻造，在相变点以上80℃进行锻造，接着在相变点以下30℃进行两相区锻造获得锻坯，随后在相变点以下40℃进行轧制，在850℃进行热规圆拉拔，得到TA17‑2B钛合金丝坯； [0031] 步骤三、将步骤二中得到的TA17‑2B钛合金丝坯修伤去除表面氧化皮，然后进行冷轧及辊磨拉伸加工，经清洗表面后得到TA17‑2B钛合金丝材；所述冷轧及辊磨拉伸加工的加工率超过75％时进行气氛保护退火，且气氛保护退火的制度为：720℃下保温60min； [0032] 步骤四、将步骤三中得到的TA17‑2B钛合金丝材进行多级真空退火处理，多级真空退火处理的制度为：先在630℃下保温1h，然后在670℃下保温3h，再在710℃下保温1h，得到直径φ3.0mm的TA17‑2B钛合金焊丝；所述TA17‑2B钛合金焊丝的抗拉强度Rm＝521MPa，延伸率A50＝22.0％。 [0033] 实施例3 [0034] 本实施例的方法包括以下步骤： [0035] 步骤一、采用MHT‑95级小粒度海绵钛、Al‑V中间合金、铝豆、TiO2粉末，按照名义成分Ti‑2.5Al‑1.72V‑0.05O进行合金配料后混合并压制成自耗电极，然后将自耗电极进行三次真空自耗电弧熔炼，得到TA17‑2B钛合金铸锭；所述TA17‑2B钛合金铸锭由以下质量百分含量的成分组成：Al 2.2％，V1.7％，Fe 0.021％，O 0.04％，C 0.008％，N 0.003％，H 0.0011％，Si％0.01％，其余为Ti； [0036] 步骤二、将步骤一中得到的TA17‑2B钛合金铸锭依次在相变点以上250℃进行开坯锻造，在相变点以上100℃进行锻造，接着在相变点以下50℃进行两相区锻造获得锻坯，随后在相变点以下50℃进行轧制，在850℃进行热规圆拉拔，得到TA17‑2B钛合金丝坯； [0037] 步骤三、将步骤二中得到的TA17‑2B钛合金丝坯修伤去除表面氧化皮，然后进行冷轧及辊磨拉伸加工，经清洗表面后得到TA17‑2B钛合金丝材；所述冷轧及辊磨拉伸加工的加工率超过75％时进行气氛保护退火，且气氛保护退火的制度为：730℃下保温30min； [0038] 步骤四、将步骤三中得到的TA17‑2B钛合金丝材进行多级真空退火处理，多级真空退火处理的制度为：先在630℃下保温1h，然后在670℃下保温3h，再在710℃下保温1h，得到直径φ1.6mm的TA17‑2B钛合金焊丝；所述TA17‑2B钛合金焊丝的抗拉强度Rm＝508MPa，延伸率A50＝21.0％。 [0039] 实施例4 [0040] 本实施例的方法包括以下步骤： [0041] 步骤一、采用MHT‑95级小粒度海绵钛、Al‑V中间合金、铝豆、TiO2粉末，按照名义成分Ti‑2.7Al‑1.47V‑0.085O进行合金配料后混合并压制成自耗电极，然后将自耗电极进行三次真空自耗电弧熔炼，得到TA17‑2B钛合金铸锭；所述TA17‑2B钛合金铸锭由以下质量百分含量的成分组成：Al 2.5％，V 1.45％，Fe 0.021％，O 0.07％，C 0.016％，N 0.006％，H 0.0011％，Si 0.04％，其余为Ti； [0042] 步骤二、将步骤一中得到的TA17‑2B钛合金铸锭依次在相变点以上250℃进行开坯锻造，在相变点以上100℃进行锻造，接着在相变点以下30℃进行两相区锻造获得锻坯，随后在相变点以下50℃进行轧制，在850℃进行热规圆拉拔，得到TA17‑2B钛合金丝坯； [0043] 步骤三、将步骤二中得到的TA17‑2B钛合金丝坯修伤去除表面氧化皮，然后进行冷轧及辊磨拉伸加工，经清洗表面后得到TA17‑2B钛合金丝材；所述冷轧及辊磨拉伸加工的加工率超过75％时进行气氛保护退火，且气氛保护退火的制度为：700℃下保温30min； [0044] 步骤四、将步骤三中得到的TA17‑2B钛合金丝材进行多级真空退火处理，多级真空退火处理的制度为：先在630℃下保温1h，然后在670℃下保温3h，再在710℃下保温1h，得到直径φ1.6mm的TA17‑2B钛合金焊丝；所述TA17‑2B钛合金焊丝的抗拉强度Rm＝504MPa，延伸率A50＝22.0％。 [0045] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

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