[发明专利]一种TC4钛合金棒材及其制备方法

说明书

一种TC4钛合金棒材及其制备方法，按质量百分比计，6.0～6.5％Al、3.9～4.4％V、0.15～0.30％Fe、0.14～0.19％O，余量为Ti，将铝豆、铝钒合金、钛铁合金、海绵钛与二氧化钛混合均匀后压制成电极，组焊，多次真空自耗熔炼，在相变点以上进行两镦两拔锻造，然后在相变点以下进行一镦一拔锻造，在相变点以下进行拔长锻造即可。本发明通过控制成分配比优化熔炼工艺以抵消增加等轴初生α相含量增加带来的强度下降，达到提高合金本质强度目的。通过相变点以上开坯锻造、相变点以下中间坯锻造及成品锻造工艺中的温度控制，使得棒材初生α相含量在65％以上，用该棒材制备的锻件产品疲劳性能良好。

技术领域

本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种TC4钛合金棒材及其制备方法。

背景技术

钛合金具有高的比强度、较低得密度和耐腐蚀性能，广泛应用于航空、航天、海洋、化工等领域。TC4钛合金名义成分是Ti-6Al-4V(质量分数，wt％)，属于典型的α+β型两相钛合金。该合金具有良好的比强度高、塑性好、加工性能好等优点，可热处理强化，是目前应用最广泛的钛合金。

GJB949A中对航空发动机压气机叶片用TC4钛合金棒材提出了室温、高温力学性能、显微组织、无损探伤等要求。但是实际应用到发动机叶片上还对疲劳性能提出了严格的要求。一般通过增加双相钛合金显微组织中等轴初生α相的含量可以显著提高其高周疲劳性能，但是会降低合金的室温强度、高温强度，导致棒材强度不合格。所以单纯通过成型工艺提高初生α相含量，以提高其高周疲劳性能的做法可能会造成其室温强度、高温强度性能下降，甚至不达标的情况。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供了一种TC4钛合金棒材及其制备方法，满足GJB949A标准同时具有良好的疲劳性能。

为了实现上述目标，本发明采取的技术方案为：

一种TC4钛合金棒材，其特征在于，按重量百分比计包括以下元素包括：6.0～6.5％Al、3.9～4.4％V、0.15～0.30％Fe、0.16～0.21％O、C≤0.05％、N≤0.03％、H≤0.008％、B≤0.0015％、Y≤0.001％，余量为Ti。

一种TC4钛合金棒材的制备方法，包括以下步骤：

1)按质量百分比计，6.0～6.5％Al、3.9～4.4％V、0.15～0.30％Fe、0.14～0.19％O，余量为Ti，将铝豆、铝钒合金、钛铁合金、海绵钛与二氧化钛混合均匀后压制成电极；

2)将电极块进行组焊，得到自耗电极；

3)将自耗电极进行多次真空自耗熔炼，得到TC4钛合金铸锭；

4)将铸锭在相变点以上进行2-3火次两镦两拔锻造，然后在相变点以下进行3-5火次一镦一拔锻造，最后在相变点以下进行2-4火次拔长锻造，得到TC4钛合金棒材。

本发明进一步的改进在于，真空自耗熔炼的次数为3次，一次熔炼所用坩埚尺寸为Φ280～Φ450mm，熔前真空度≤0.5Pa，漏气率≤0.5Pa/min。

本发明进一步的改进在于，一次熔炼电流为7～18kA，一次熔炼电压为28～35V，稳弧电流采用直流7.0～12.0A，熔炼后冷却时间为2.5～4h。

本发明进一步的改进在于，二次熔炼所用坩埚尺寸为Φ360～Φ630mm，熔前真空度≤0.8Pa，漏气率≤0.8Pa/min。

本发明进一步的改进在于，二次熔炼电流为9～20kA，二次熔炼电压为30～38V，稳弧电流采用交流8.0～15.0A，熔炼后冷却时间为3～6h。

本发明进一步的改进在于，三次熔炼所用坩埚尺寸为Φ450～Φ720mm，熔前真空度≤0.8Pa，漏气率≤1.0Pa/min。