[发明专利]一种低密度高铸造性能钛合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金材料技术，特别是一种低密度高铸造性能钛合金材 料及其制备方法。

背景技术

钛合金具有高的比强度、较低的密度和耐腐蚀性能，广泛应用于航空、航 天、航海、化工和体育休闲领域。一直以来，人们希望能得到更低密度的铸造 钛合金，从而进一步扩大钛合金的应用。

如研制低密度钛合金高尔夫球头，可以降低现用钛制高尔夫球头的重量和 增大球头体积，有利于提高球的飞行距离和击球的准确性。通常高尔夫球杆头 有重量限制，由低密度材料可制成大尺寸高尔夫球头，超大尺寸的球杆头会提 高球手在击球时的准确性，而且使用轻型材料后，球杆头击球面的厚度也可以 增加，从而增加刚性。

制备低密度钛合金材料，需要选用低比重的合金元素来降低材料的密度， 如Al元素。但提高Al含量会导致材料塑性下降，甚至出现脆断现象。目前， Al含量较高的钛合金主要为航空发动机用Ti-8Al-1Mo-1V合金，最高Al含量为 8.35wt％，合金密度约为4.37g/cm³左右，较Ti-6Al-4V合金密度4.45g/cm³密度 降低约1.8％，这种合金见国标GB/T 3620.1-2007，国内牌号为TA11。进一步降 低钛合金的密度，困难重重，至今未见实质性突破。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低密度高铸造性能钛合金材料及 其制备方法，可以进一步降低钛合金材料的密度，从而在同样的体积下可以降 低钛制产品的重量，或在同样的重量下可以增大产品的体积，以进一步扩大钛 合金的应用范围。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的一种低密度高铸造性能钛合金材料，特征在于其名义成分为 Ti-9Al-1Mo，钛合金材料组成质量百分比为：Ti：87.0～91.0％、Al：8.4～10.0％、 Mo：0.5～2.0％、以及总量为0～0.8％的V、Nb、Cr，其余为不可避免杂质。

本发明的一种低密度高铸造性能钛合金材料，其优选的技术方案可以是： 所述钛合金材料组成质量百分比为：Ti：88.4～89.7％、Al：9.0～9.3％、Mo： 1.0～2.0％、以及总量为0～0.8％的V、Nb、Cr。上述优选的技术方案更优选的 技术方案是：所述的钛合金材料组成质量百分比为：Ti：88.4～89.7％、Al：9.0～ 9.3％、Mo：1.0～2.0％，以及总量为0.1～0.8％的V、Nb、Cr。

一种低密度高铸造性能钛合金材料，其优选的技术方案还可以是：所述的 钛合金材料组成质量百分比为：Ti：87.0～91.0％、Al：8.4～10.0％、Mo：0.5～ 2.0％，以及总量为0.1～0.8％的V、Nb、Cr。上述优选的技术方案更优选的技 术方案是：所述的钛合金材料组成质量百分比为：88.4～89.7％、Al：9.0～9.3％、 Mo：1.0～2.0％，以及总量为0.6～0.8％的V、Nb、Cr。

该低密度高铸造性能钛合金材料密度为4.32--4.36g/cm³，该钛合金以钛铝 钼为主要合金成分，并可进一步选择添加0.8wt％以下的V、Nb、Cr元素，以 组成密度4.36g/cm³以下的钛合金，因而形成密度较低且综合力学性能较高的钛 合金。

本发明的低密度高铸造性能钛合金材料的制备方法是：将海绵Ti、纯Al、 Al-Mo、Al-V、Al-Nb、Al-Cr中间合金按照需要的Ti、Al、Mo质量百分比，例 如按照质量百分比Ti：87.0～91.0％、Al：8.4～10.0％、Mo：0.5～2.0％配制； 或者按照Ti：87.0～91.0％、Al：8.4～10.0％、Mo：0.5～2.0％、(0--0.8％)V/Nb/Cr 配制；将配料混合并搅拌均匀后压制成海绵Ti电极，然后将海绵Ti电极在真空 自耗电极电弧炉中进行真空熔炼，此时熔炼真空度0-10Pa、弧电压30-36V、弧 电流5000-6000A，熔炼后的钛合金材料在真空自耗电极凝壳炉真空度0-5Pa、 弧电压30-40V、弧电流20000-30000A下进行Ti-9Al-1Mo产品浇注，得到低密 度钛合金材料。