一種精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法
【專利摘要】本發明公開一種精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，其特征在于：所述合金的各組分質量百分含量包括：Al?4-5％、Ni?0.7-0.8％、Nb?0.5-0.6％、V?0.5-0.7％、Cr?0.3-0.4％、Si?0.1-0.2％、In?0.07-0.09％、Cu?0.03-0.04％、Pr?0.03-0.04％、Y?0.01-0.02％，Mn?0.75-0.8％，Mo?0.5-0.7％，Sn?0.7-0.9％，余量為鈦及不可避免的非金屬夾雜，鈦合金板材強度達到1200MPa以上。
【專利說明】一種精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，屬于鈦基合金制造領域。
【背景技術】
[0002]T1-6A1_4V是使用最廣泛、最成熟的典型的(α + β )兩相鈦合金，各國相繼研發的歷史已近四十年、并有各自的合金牌號。其成份特征為:合金元素允許波動范圍較寬(Al:
5.5% -6.75% )，雜質允許含量較高(Fe:0.3% max、O:0.2% max、H:0.015% max);從而帶來較高的冶金缺陷可能性、較低的塑性和韌性及較短的使用壽命。為此，以美、英為首的少數發達國家又在近20年開發了相應的低間隙合金，如美國UNS R5640U ASTM F468、Grade23、AMS4930、Ti_64ELI，英國MI318ELI，法國TA6VELI等，廣泛應用于低溫、醫療、艦船及飛行器等重要領域。其成份特征為:合金元素允許波動范圍較窄(Al:5.5%~6.5%)，雜質允許含量較低(Fe:0.25% max、O:0.13% max、H:0.0125% );從而帶來較小的冶金缺陷可能性、較高的塑性和韌性、較好的焊接性能及較長的使用壽命。比T1-6A1-4V合金的KlC提高近一倍、da/dN降低達一個數量級，現已應用在先進的戰斗機和新一代民機上。例如，美國將T1-6A1-4V和T1-6A1-4V ELI合金應用于F-16戰斗機的水平尾翼轉軸、波音767的第一號駕駛艙風檔玻璃窗骨架和UH60A “黑鷹”、SH60B “海鷹”、CH53E “超級種馬”等直升機的主旋翼、尾旋翼轉動部件。民機波音747的主起落架用的支撐梁大型模鍛件(重1545kg、長6.2m、寬0.95m、投影面積4.06m2),自1969年開始生產直到如今仍在供應中。如今，美國第四代戰機F22、F/A-18E/F等的T1-6A1-4V (T1-6A1-4V ELI)鈦合金應用已經進入采用更大型整體模鍛件的 成熟應用階段，如F22戰斗機零件中鈦合金占飛機重量的41%，其中T1-6A1-4V ELI又占鈦合金重量的87.5%。其中F-22后機身整體式隔框(重1590kg、長3.Sm、寬1.7m、投影面積5.53m2)是目前世界上最大的鈦合金閉式模鍛件。

【發明內容】

[0003]本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種操作方便、工藝可控性強的精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法。該工藝可使鈦合金葉輪保持良好的強度、斷裂韌性及塑性的匹配，性能批次穩定性提高。
[0004]為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
[0005]一種精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，其特征在于:所述合金的各組分質量百分含量包括:Al 4-5 %、Ni 0.7-0.8 %, Nb 0.5-0.6 %、V 0.5-0.7 Cr 0.3-0.4
Si 0.1-0.2%, In 0.07-0.09%, Cu 0.03-0.04%, Pr 0.03-0.04%, Y 0.01-0.02%, Mn
0.75-0.8%, Mo 0.5-0.7%，Sn 0.7-0.9%，余量為鈦及不可避免的非金屬夾雜，
[0006]精密鑄造鈦合金葉輪制備方法:包括以下步驟:按照上述比例配制合金，合金材料熔煉、澆注:熔化溫度:1780 - 1800°C，澆注溫度為1730 — 1700°C ;后進行脫模，得到的葉輪進行熱處理:首先將葉輪加熱到700-750°C進行淬火，而后經過三次時效處理，第一次時效處理在控制溫度460°C，保溫2.5-3h，真空條件下通氬氣風機攪拌冷卻，第二次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為410°C，保溫9-10h出爐空冷；第三次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為370°C，保溫12-14h出爐空冷；
[0007]熱處理后對葉輪表面進行處理，首先選擇多棱型230目剛玉砂進行表面粗化處理，再采用堿性氫氧化物80%，螯合劑7.5%，三羥基苯12.5%，三種表面活化劑混合物的熱溶液對加工后的鈦合金葉輪表面進行活化處理，對活化后的葉輪進行熱噴涂WC系金屬陶瓷；WC系金屬陶瓷顆粒大小為450 μ m，通過噴槍使WC系金屬陶瓷在葉輪上沉積成耐磨涂層，得到最終葉輪。WC系金屬陶瓷主要成分:WC 21~25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
[0008]所述合金的各組分質量百分含量包括:Al 4.5%, Ni 0.75%, Nb 0.55%、
V0.6%、Cr 0.35%, Si 0.15%, In 0.08%, Cu 0.035%, Pr 0.035%, Y 0.015%, Mn
0.78%, Mo 0.6，Sn 0.6%，余量為鈦及不可避免的非金屬夾雜，
[0009]所述合金的各組分質量百分含量包括:Al 4.2%, Ni 0.72%, Nb 0.52%, V0.55%, Cr 0.32%, Si 0.12%, In 0.075%, Cu 0.032%, Pr 0.032%, Y 0.012%, Mn
0.72%, Mo 0.55%, Sn 0.75%，余量為鈦及不可避免的非金屬夾雜，
[0010]化學成分重量百分比為:所述合金的各組分質量百分含量包括:Al 4.4%,Ni 0.74%, Nb 0.54%, V 0.58%, Cr 0.34%, Si 0.14%, In 0.078%, Cu0.038%, Pr
0.034%, Y 0.014%, Mn 0.75%, Mo 0.65%, Sn 0.85%，余量為鈦及不可避免的非金屬夾雜，
[0011]作為優選，熔化溫度:1790°C，澆注溫度為1720°C。
[0012]作為優選，熔化溫度:1800°C，澆注溫度為1710°C。。
[0013]作為優選，淬火溫度為730°C。
[0014]作為優選，第一次時效處理在控制溫度460°C，保溫2.8h，。
[0015]作為優選，第二次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為410°C，保溫9.5h出爐空冷。
[0016]作為優選，第三次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為370°C，保溫13h出爐空冷。
[0017]與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:
[0018]本發明與現有技術相比具有什么優點:本發明工藝簡單，組織均勻性容易控制，能充分發揮低間隙鈦合金的性能優勢，加工的材料強度、韌性及塑性匹配良好，性能的批次穩定性得到提高。強度達到指標要求，強度達到1200MPa以上。
【具體實施方式】
[0019]實施例1:
[0020]提供一種精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，其特征在于:所述合金的各組分質量百分含量包括:A1 4.5%, Ni 0.75%, Nb 0.55%, V 0.6%, Cr 0.35%, Si 0.15%, In
0.08%,Cu 0.035%,Pr 0.035%,Y 0.015%,Mn 0.78%,Mo 0.6, Sn 0.6%，余量為鈦及不
可避免的非金屬夾雜，
[0021]精密鑄造鈦合金葉輪制備方法:包括以下步驟:按照上述比例配制合金，合金材料熔煉、澆注:熔化溫度:1780 - 1800°C，澆注溫度為1730 — 1700°C ;后進行脫模，得到的葉輪進行熱處理:首先將葉輪加熱到720°C進行淬火，而后經過三次時效處理，第一次時效處理在控制溫度460°C，保溫2.5-3 h，真空條件下通氬氣風機攪拌冷卻，第二次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為410°C，保溫9-10h出爐空冷；第三次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為370°C，保溫12-14h出爐空冷；
[0022]熱處理后對葉輪表面進行處理，首先選擇多棱型230目剛玉砂進行表面粗化處理，再采用堿性氫氧化物80%，螯合劑7.5%，三羥基苯12.5%，三種表面活化劑混合物的熱溶液對加工后的鈦合金葉輪表面進行活化處理，對活化后的葉輪進行熱噴涂WC系金屬陶瓷；WC系金屬陶瓷顆粒大小為450 μ m，通過噴槍使WC系金屬陶瓷在葉輪上沉積成耐磨涂層，得到最終葉輪。WC系金屬陶瓷主要成分:WC 21~25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
[0023]實施例2:
[0024]提供一種精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，其特征在于:所述合金的各組分質量百分含量包括:A1 4.2%, Ni 0.72%, Nb 0.52%, V 0.55%, Cr 0.32%, Si 0.12%, In
0.075%, Cu 0.032%, Pr 0.032%, Y 0.012%, Mn 0.72%, Mo 0.55%, Sn 0.75%，余量為
鈦及不可避免的非金屬夾雜，
[0025]精密鑄造鈦合金葉輪制備方法:包括以下步驟:按照上述比例配制合金，合金材料熔煉、澆注:熔化溫度:1780 - 1800°C，澆注溫度為1730 — 1700°C ;后進行脫模，得到的葉輪進行熱處理:首先將葉輪加熱到710°C進行淬火，而后經過三次時效處理，第一次時效處理在控制溫度460°C，保溫2.5-3 h，真空條件下通氬氣風機攪拌冷卻，第二次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為4 10°C，保溫9-10h出爐空冷；第三次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為370°C，保溫12-14h出爐空冷；
[0026]熱處理后對葉輪表面進行處理，首先選擇多棱型230目剛玉砂進行表面粗化處理，再采用堿性氫氧化物80%，螯合劑7.5%，三羥基苯12.5%，三種表面活化劑混合物的熱溶液對加工后的鈦合金葉輪表面進行活化處理，對活化后的葉輪進行熱噴涂WC系金屬陶瓷；WC系金屬陶瓷顆粒大小為450 μ m，通過噴槍使WC系金屬陶瓷在葉輪上沉積成耐磨涂層，得到最終葉輪。WC系金屬陶瓷主要成分:WC 21~25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
[0027]實施例3:
[0028]提供一種精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，其特征在于:所述合金的各組分質量百分含量包括:A1 4.4%, Ni 0.74%, Nb 0.54%, V 0.58%, Cr 0.34%, Si 0.14%, In
0.078%, Cu 0.038%, Pr 0.034%, Y 0.014%, Mn 0.75%, Mo 0.65%, Sn 0.85%，余量為鈦及不可避免的非金屬夾雜，
[0029]精密鑄造鈦合金葉輪制備方法:包括以下步驟:按照上述比例配制合金，合金材料熔煉、澆注:熔化溫度:1780 - 1800°C，澆注溫度為1730 — 1700°C ;后進行脫模，得到的葉輪進行熱處理:首先將葉輪加熱到740°C進行淬火，而后經過三次時效處理，第一次時效處理在控制溫度460°C，保溫2.5-3 h，真空條件下通氬氣風機攪拌冷卻，第二次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為410°C，保溫9-10h出爐空冷；第三次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為370°C，保溫12-14h出爐空冷；
[0030]熱處理后對葉輪表面進行處理，首先選擇多棱型230目剛玉砂進行表面粗化處理，再采用堿性氫氧化物80%，螯合劑7.5%，三羥基苯12.5%，三種表面活化劑混合物的熱溶液對加工后的鈦合金葉輪表面進行活化處理，對活化后的葉輪進行熱噴涂WC系金屬陶瓷；WC系金屬陶瓷顆粒大小為450 μ m，通過噴槍使WC系金屬陶瓷在葉輪上沉積成耐磨涂層，得到最終葉輪。WC系金屬陶瓷主要成分:WC 21~25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
[0031]實施例4:
[0032]提供一種精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，其特征在于:所述合金的各組分質量百分含量包括:A1 4.6%, Ni 0.76%, Nb 0.56%, V 0.62%, Cr 0.36%, Si 0.16%, In0.088%,Cu 0.036%,Pr 0.036%,Y 0.016%,Mn 0.78%,Mo 0.56%, Sn 0.7%，余量為鈦
及不可避免的非金屬夾雜，[0033]精密鑄造鈦合金葉輪制備方法:包括以下步驟:按照上述比例配制合金，合金材料熔煉、澆注:熔化溫度:1780 - 1800°C，澆注溫度為1730 — 1700°C ;后進行脫模，得到的葉輪進行熱處理:首先將葉輪加熱到740°C進行淬火，而后經過三次時效處理，第一次時效處理在控制溫度460°C，保溫2.5-3 h，真空條件下通氬氣風機攪拌冷卻，第二次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為410°C，保溫9-10h出爐空冷；第三次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為370°C，保溫12-14h出爐空冷；
[0034]熱處理后對葉輪表面進行處理，首先選擇多棱型230目剛玉砂進行表面粗化處理，再采用堿性氫氧化物80%，螯合劑7.5%，三羥基苯12.5%，三種表面活化劑混合物的熱溶液對加工后的鈦合金葉輪表面進行活化處理，對活化后的葉輪進行熱噴涂WC系金屬陶瓷；WC系金屬陶瓷顆粒大小為450 μ m，通過噴槍使WC系金屬陶瓷在葉輪上沉積成耐磨涂層，得到最終葉輪。WC系金屬陶瓷主要成分:WC 21~25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
[0035]實施例5:
[0036]提供一種精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，其特征在于:所述合金的各組分質量百分含量包括:A1 4.8%, Ni 0.78%, Nb 0.58%, V 0.58%, Cr 0.38%, Si 0.18%, In0.078%, Cu 0.038%, Pr 0.038%, Y 0.018%, Mn 0.78%, Mo 0.58%, Sn 0.88%，余量為鈦及不可避免的非金屬夾雜，
[0037]精密鑄造鈦合金葉輪制備方法:包括以下步驟:按照上述比例配制合金，合金材料熔煉、澆注:熔化溫度:1780 - 1800°C，澆注溫度為1730 — 1700°C ;后進行脫模，得到的葉輪進行熱處理:首先將葉輪加熱到750°C進行淬火，而后經過三次時效處理，第一次時效處理在控制溫度460°C，保溫2.5-3 h，真空條件下通氬氣風機攪拌冷卻，第二次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為410°C，保溫9-10h出爐空冷；第三次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為370°C，保溫12-14h出爐空冷；
[0038]熱處理后對葉輪表面進行處理，首先選擇多棱型230目剛玉砂進行表面粗化處理，再采用堿性氫氧化物80%，螯合劑7.5%，三羥基苯12.5%，三種表面活化劑混合物的熱溶液對加工后的鈦合金葉輪表面進行活化處理，對活化后的葉輪進行熱噴涂WC系金屬陶瓷；WC系金屬陶瓷顆粒大小為450 μ m，通過噴槍使WC系金屬陶瓷在葉輪上沉積成耐磨涂層，得到最終葉輪。WC系金屬陶瓷主要成分:WC 21~25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。[0039]實施例6:
[0040]提供一種精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，其特征在于:所述合金的各組分質量百分含量包括:A1 5%,Ni 0.8%,Nb 0.6%, V 0.7%, Cr 0.4%, Si 0.2%, In 0.09%,Cu0.04%,Pr 0.04%,Y 0.02%, Mn 0.8%,Mo 0.7%, Sn 0.9%，余量為鈦及不可避免的非金
屬夾雜，
[0041]精密鑄造鈦合金葉輪制備方法:包括以下步驟:按照上述比例配制合金，合金材料熔煉、澆注:熔化溫度:1780 - 1800°C，澆注溫度為1730 — 1700°C ;后進行脫模，得到的葉輪進行熱處理:首先將葉輪加熱到700°C進行淬火，而后經過三次時效處理，第一次時效處理在控制溫度460°C，保溫2.5-3 h，真空條件下通氬氣風機攪拌冷卻，第二次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為410°C，保溫9-10h出爐空冷；第三次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為370°C，保溫12-14h出爐空冷；
[0042]熱處理后對葉輪表面進行處理，首先選擇多棱型230目剛玉砂進行表面粗化處理，再采用堿性氫氧化物80%，螯合劑7.5%，三羥基苯12.5%，三種表面活化劑混合物的熱溶液對加工后的鈦合金葉輪表面進行活化處理，對活化后的葉輪進行熱噴涂WC系金屬陶瓷；WC系金屬陶瓷顆粒大小為450 μ m，通過噴槍使WC系金屬陶瓷在葉輪上沉積成耐磨涂層，得到最終葉輪。WC系金屬陶瓷主要成分:WC 21~25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
[0043]實施例7:
[0044]提供一種精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，其特征在于:所述合金的各組分質量百分含量包括:A1 5%,Ni 0.8%,Nb 0.6%, V 0.7%, Cr 0.4%, Si 0.2%, In 0.09%,Cu
0.04%,Pr 0.04%,Y 0.02%, Mn 0.8%,Mo 0.7%, Sn 0.9%，余量為鈦及不可避免的非金
屬夾雜，
[0045]精密鑄造鈦合金葉輪制備方法:包括以下步驟:按照上述比例配制合金，合金材料熔煉、澆注:熔化溫度:1780 - 1800°C，澆注溫度為1730 — 1700°C ;后進行脫模，得到的葉輪進行熱處理:首先將葉輪加熱到710°C進行淬火，而后經過三次時效處理，第一次時效處理在控制溫度460°C，保溫2.5-3 h，真空條件下通氬氣風機攪拌冷卻，第二次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為410°C，保溫9-10h出爐空冷；第三次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為370°C，保溫12-14h出爐空冷；
[0046]熱處理后對葉輪表面進行處理，首先選擇多棱型230目剛玉砂進行表面粗化處理，再采用堿性氫氧化物80%，螯合劑7.5%，三羥基苯12.5%，三種表面活化劑混合物的熱溶液對加工后的鈦合金葉輪表面進行活化處理，對活化后的葉輪進行熱噴涂WC系金屬陶瓷；WC系金屬陶瓷顆粒大小為450 μ m，通過噴槍使WC系金屬陶瓷在葉輪上沉積成耐磨涂層，得到最終葉輪。WC系金屬陶瓷主要成分:WC 21~25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
【權利要求】
1.一種精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，其特征在于:所述合金的各組分質量百分含量包括:Al 4-5 %、Ni 0.7-0.8 %, Nb 0.5-0.6%, V 0.5-0.7%, Cr0.3-0.4%, Si0.1-0.2 In 0.07-0.09 %, Cu 0.03-0.04 %, Pr 0.03-0.04 Y 0.01-0.02 %, Mn0.75-0.8%, Mo 0.5-0.7%，Sn 0.7-0.9%，余量為鈦及不可避免的非金屬夾雜， 精密鑄造鈦合金葉輪制備方法:包括以下步驟:按照上述比例配制合金，合金材料熔煉、澆注:熔化溫度:1780-1800°C，澆注溫度為1700-1730°C ;后進行脫模，得到的葉輪進行熱處理:首先將葉輪加熱到700-750°C進行淬火，而后經過三次時效處理:第一次時效處理控制溫度460°C，保溫2.5-3h，真空條件下通氬氣風機攪拌冷卻，第二次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為410°C，保溫9-10h出爐空冷；第三次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為370°C，保溫12-14h出爐空冷； 熱處理后對葉輪表面進行處理，首先選擇多棱型230目剛玉砂進行表面粗化處理，再采用堿性氫氧化物80 %，螯合劑7.5 %，三羥基苯12.5 %，三種表面活化劑混合物的熱溶液對加工后的鈦合金葉輪表面進行活化處理，對活化后的葉輪進行熱噴涂WC系金屬陶瓷；WC系金屬陶瓷顆粒大小為450 μ m,通過噴槍使WC系金屬陶瓷在葉輪上沉積成耐磨涂層，得到最終葉輪，WC系金屬陶瓷主要成分:WC 21~25份，Co 4-5份，Cr 1份，Mo 5-12份。
2.如權利要求1 所述的精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，所述合金的各組分質量百分含量包括:A1 4.5%,Ni 0.75%, Nb 0.55%, V 0.6%, Cr 0.35%, Si 0.15%, In 0.08%,Cu 0.035%, Pr 0.035%, Y 0.015%, Mn 0.78%, Mo 0.6, Sn 0.6%，余量為鈦及不可避免的非金屬夾雜。
3.如權利要求1所述的精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，所述合金的各組分質量百分含量包括:A1 4.2%, Ni 0.72%, Nb 0.52%, V 0.55%, Cr 0.32%, Si 0.12%, In0.075%, Cu 0.032%, Pr 0.032%, Y 0.012%, Mn 0.72%, Mo 0.55%, Sn 0.75%，余量為鈦及不可避免的非金屬夾雜。
4.如權利要求1所述的精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，化學成分重量百分比為:所述合金的各組分質量百分含量包括:Al 4.4%、Ni 0.74%, Nb0.54%, V 0.58 %、Cr0.34%, Si 0.14%, In 0.078%, Cu 0.038%, Pr 0.034%, Y 0.014%, Mn 0.75%, Mo0.65%, Sn 0.85%，余量為鈦及不可避免的非金屬夾雜。
5.如權利要求1所述的精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，熔化溫度:1790°C，澆注溫度為 1720。。。
6.如權利要求1所述的精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，熔化溫度:1800°C，澆注溫度為 1710。。。
7.如權利要求1所述的精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，淬火溫度為730°C。
8.如權利要求1所述的精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，第一次時效處理在控制溫度460°C，保溫 2.8h。
9.如權利要求1所述的精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，第二次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為410°C，保溫9.5h出爐空冷。
10.如權利要求1或9所述的精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，第三次時效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為370°C，保溫13h出爐空冷。
【文檔編號】C22F1/18GK103509974SQ201310433621
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月22日 優先權日:2013年9月22日
【發明者】王強 申請人:蘇州華宇精密鑄造有限公司