一种低密度铸造钛合金材料

摘要

一种新型低密度铸造钛合金材料以海绵Ti为基体加入纯Al、Al-Mo和Al-V中间合金组成ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V，按重量百分比Ti89.0～91.0％、Al8.3～9.0％、Mo0.3～0.8％、V0.3～0.8％配制经均匀混合后压制成海绵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，熔炼真空度0-10Pa、弧电压32-36V、弧电流5000-6000A，而后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ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V产品浇注，浇注后800℃时固熔10分钟，并在480℃时效6.5小时。

权利要求

1.一种低密度铸造钛合金材料是以海绵Ti为基体加入纯Al、Al-Mo和Al-V中间合金组成ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V，其特征在于：所述的ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V按重量百分比构成如下：Ti：89.0～91.0％；纯Al：8.3～9.0％；Mo：0.3～0.8％；V：0.3～0.8％；余为不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的低密度铸造钛合金材料，其特征在于：按重量百分比将Ti89.0～91.0％、Al 8.3～9.0％、Mo0.3～0.8％、V0.3～0.8％配制经均匀混合后压制成海绵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32-36V、弧电流5000-6000A，而后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ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V产品浇注，浇注后在

800℃时固熔10分钟，并在480℃时效6.5小时。

3.如权利要求1所述的低密度铸造钛合金材料，其特征在于：该材料在真空感应炉真空度0-5Pa、熔炼功率200KW下熔炼后进行ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V产品浇注，浇注后在

800℃时固熔10分钟，并在480℃时效6.5小时。

说明书

一种低密度铸造钛合金材料

技术领域

[0001] 本发明属于铸造钛合金材料技术领域，特别涉及到一种低密度铸造钛合金材料。

[0002] 背景技术

[0003] 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。

[0004] 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，如1号木头为200g，1号铁头为200g；3号铁头为210g等。所以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给予球手在击球时更大信心，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。

[0005] 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，因此国内外在制备低密度钛合金时困难重重，至今未见实质性的突破。

[0006] 发明内容

[0007] 为了解决上述问题，本发明提出一种低密度铸造钛合金材料，可以进一步降低钛制产品的重量或增大体积，从而进一步扩大钛合金的应用范围。

[0008] 为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

[0009] 所述的低密度铸造钛合金材料是以海绵Ti为基体加入纯Al、Al-Mo和Al-V中间合金组成ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V，其重量百分比构成如下：

[0010] Ti：89.0～91.0％；Al：8.3～9.0％；Mo：0.3～0.8％；V：0.3～0.8％；余为不可避免杂质。

[0011] 所述的低密度铸造钛合金材料按重量百分比将Ti89.0～91.0％、Al8.3～9.0％、Mo0.3～0.8％、V0.3～0.8％配制经均匀混合后压制成海绵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32-36V、弧电流5000-6000A，而后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ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V产品浇注，浇注后在800℃时固熔10分钟，并在480℃时效6.5小时。

[0012] 所述的低密度铸造钛合金材料还可在真空感应炉真空度0-5Pa、熔炼功率200KW下熔炼后进行ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V产品浇注，浇注后在800℃时固熔10分钟，并在480℃时效6.5小时。

[0013] 由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下优越性：

[0014] 1、本发明的ZTi-8.7Al-0.5Mo-0.5V钛合金具有很低的密度、高的延伸率、冲击韧性和流动性。

[0015] 2、本发明的铸造钛合金在800℃进行固熔10分钟处理，产生亚稳定的β相组织，然后进行480℃时效6.5小时处理，使亚稳定的β组织析出弥散的a相，从而改善钛合金的力学性能。这种新型低密度铸造钛合金的力学性能和密度指标为：

[0016] 1)密度：4.32--4.34g/cm3；

[0017] 2)固熔时效前铸造合金的性能：室温屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥750MPa，延2
伸率≥8％，断面收缩率≥20％，冲击韧性≥30J/cm ；

[0018] 3)800℃固熔480℃时效后合金性能：室温屈服强度≥680MPa，抗拉强度2
≥730MPa，延伸率≥9％，断面收缩率≥20％，冲击韧性≥30J/cm ；

[0019] 4)具有很好的流动性能，适合于浇注钛合金薄壁零件。

[0020] 3、本发明的铸造钛合金在浇注高尔夫球头薄壁件的成品率接近100％。

具体实施方式

[0021] 实施例1：

[0022] 将海绵Ti、纯Al、Al-Mo和Al-V中间合金按重量百分比Ti90.76％、Al8.32％、Mo0.30％、V0.34％进行配制并均匀混合后压制成海绵Ti电极，将海绵Ti电极在真空自耗电极电弧炉中进行真空熔炼，熔炼成的钛合金铸锭在真空自耗电极凝壳炉中熔化后浇注高尔夫球头模壳，其铸造状态下和固熔时效后的力学性能、密度、成品率如下所示：

[0023] 室温屈服强度711MPa，抗拉强度765MPa，延伸率9.7％，断面收缩率29.2％，冲击2 3
韧性58.0J/cm，硬度HRC＝23.0，密度为4.34g/cm，球头的浇注成品率98.6％。

[0024] 800℃固熔480℃时效后合金性能：室温屈服强度704MPa，抗拉强度746MPa，延伸2 3
率9.8％，断面收缩率22.3％，冲击韧性70.9J/cm，硬度HRC＝29.5，密度为4.34g/cm。

[0025] 实施例2：

[0026] 将海绵Ti、纯Al、Al-Mo和Al-V中间合金按重量百分比Ti90.03％、Al8.55％、Mo0.58％、V0.54％进行配制并均匀混合后压制成海绵Ti电极，将海绵Ti电极在真空自耗电极电弧炉中进行真空熔炼，熔炼成的钛合金铸锭在真空自耗电极凝壳炉中熔化后浇注高尔夫球头模壳，其铸造状态下和固熔时效后的力学性能、密度、成品率如下所示：

[0027] 室温屈服强度720MPa，抗拉强度782MPa，延伸率10.8％，断面收缩率27.9％，冲击2 3
韧性100.0J/cm，硬度HRC＝24.8，密度为4.34g/cm，球头的浇注成品率100％。

[0028] 800℃固熔480℃时效后合金性能：室温屈服强度702MPa，抗拉强度755MPa，延伸2 3
率11.4％，断面收缩率31.8％，冲击韧性95.9J/cm，硬度HRC＝20.3，密度为4.34g/cm。

[0029] 实施例3：

[0030] 将海绵Ti、纯Al、Al-Mo和Al-V中间合金按重量百分比Ti89.58％、Al8.69％、Mo0.72％、V0.78％进行配制并均匀混合后压制成海绵Ti电极，将海绵Ti电极在真空自耗电极电弧炉中进行真空熔炼，熔炼成的钛合金铸锭在真空自耗电极凝壳炉中熔化后浇注高尔夫球头模壳，其铸造状态下和固熔时效后的力学性能、密度、成品率如下所示：

[0031] 室温屈服强度744MPa，抗拉强度826MPa，延伸率8.5％，断面收缩率26.9％，冲击2 3
韧性68.7J/cm，硬度HRC＝31.1，密度为4.34g/cm，球头的浇注成品率100％。

[0032] 800℃固熔480℃时效后合金性能：室温屈服强度733MPa，抗拉强度811MPa，延伸2 3
率11.4％，断面收缩率23.1％，冲击韧性76.7J/cm，硬度HRC＝29.0，密度为4.34g/cm。

[0033] 上述3例材料含量其余量均为不可避免杂质。

[0034] 本发明在Ti-Al-Mo-V四元合金系化学成分的基础上，运用正交试验设计，以海绵