[go: up one dir, main page]

CN111455215B - 一种抗空蚀钛铝钼合金及其制备工艺 - Google Patents

一种抗空蚀钛铝钼合金及其制备工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN111455215B
CN111455215B CN202010274933.5A CN202010274933A CN111455215B CN 111455215 B CN111455215 B CN 111455215B CN 202010274933 A CN202010274933 A CN 202010274933A CN 111455215 B CN111455215 B CN 111455215B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum
titanium
weight
alloy
parts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN202010274933.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111455215A (zh
Inventor
李党国
陈大融
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202010274933.5A priority Critical patent/CN111455215B/zh
Publication of CN111455215A publication Critical patent/CN111455215A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111455215B publication Critical patent/CN111455215B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

本发明提供了抗空蚀钛铝钼合金及其制备工艺。形成所述钛铝钼合金的反应原料包括：5.89重量份～6重量份的铝；7.95重量份～12.03重量份的钼；和81.97重量份～88重量份的海绵钛。该钛铝钼合金的弹性模量高，具有优异的抗空蚀性能和优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平低，应用前景广阔。

Description

一种抗空蚀钛铝钼合金及其制备工艺
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体地，涉及一种抗空蚀钛铝钼合金及其制备工艺。
背景技术
目前，钛合金因其高推重比、优异的耐腐蚀性、宽广的工作温度范围、良好的耐腐蚀性和良好的生物相容性，在航空航天工程、自动化技术、海洋化工、石油化工、核工业、医疗等领域有着广泛的应用。其中，TC4(Ti6Al4V)合金占钛合金总量的一半以上。特别是在石油化工行业，TC4合金被广泛地用于制造过流设备，但过流设备由于普遍存在的空蚀现象会对设备造成严重的损坏，进而明显缩短设备的使用寿命。空蚀损伤是由于气泡在固体壁面上的坍塌而引起的微射流的反复冲击材料表面而产生的。据报道，微射流的冲击强度可达1GPa～5GPa，其速度可达约700m/s。因此，在此条件下，该钛合金表面会受到严重的损伤，这样就限制了TC4合金在过流部件中的应用。
因此，现有的钛合金的相关技术仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种弹性模量高、具有优异的抗空蚀性能、具有优异的耐电化学腐蚀能力、在空蚀过程中的噪声水平低或者应用前景广阔的钛铝钼合金。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种钛铝钼合金。根据本发明的实施例，形成所述钛铝钼合金的反应原料包括：5.89重量份～6重量份的铝；7.95重量份～12.03重量份的钼；和81.97重量份～88重量份的海绵钛。发明人发现，该钛铝钼合金的弹性模量高，具有优异的抗空蚀性能和优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平低，应用前景广阔。
根据本发明的实施例，所述反应原料包括以下至少之一：5.89重量份的铝、7.95重量份的钼和86.16重量份的海绵钛；5.95重量份的铝、8.02重量份的钼和86.03重量份的海绵钛；5.93重量份的铝、7.98重量份的钼和86.09重量份的海绵钛；5.9重量份的铝、7.95重量份的钼和86.15重量份的海绵钛；5.9重量份的铝、12.03重量份的钼和82.07重量份的海绵钛；5.95重量份的铝、11.9重量份的钼和82.15重量份的海绵钛；5.9重量份的铝、11.95重量份的钼和82.15重量份的海绵钛；5.98重量份的铝、11.96重量份的钼和82.06重量份的海绵钛。
根据本发明的实施例，所述钛铝钼合金是通过下列步骤形成的：将所述反应原料混合后进行压制处理，得到第一预制金属块；在真空条件下，将所述第一预制金属块进行第一熔炼处理，得到第二预制金属块；在真空条件下，将所述第二预制金属块进行第二熔炼处理，得到第一预制合金锭；将所述第一预制合金锭进行第一高温处理，得到第二预制合金锭；将所述第二预制合金锭进行第一锻造处理，得到第一锻件；将所述第一锻件进行第二高温处理，得到第三预制合金锭；将所述第三预制合金锭进行第二锻造处理，得到第二锻件；将所述第二锻件进行退火处理。
在本发明的另一个方面，本发明提供了一种制备前面所述的钛铝钼合金的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将所述反应原料混合后进行压制处理，得到第一预制金属块；在真空条件下，将所述第一预制金属块进行第一熔炼处理，得到第二预制金属块；在真空条件下，将所述第二预制金属块进行第二熔炼处理，得到第一预制合金锭；在1100℃～1200℃的条件下，将所述第一预制合金锭进行第一高温处理1h～3h，得到第二预制合金锭；将所述第二预制合金锭进行第一锻造处理，得到第一锻件；在900℃～930℃的条件下，将所述第一锻件进行第二高温处理0.5h～1.5h，得到第三预制合金锭；将所述第三预制合金锭进行第二锻造处理，得到第二锻件；将所述第二锻件进行退火处理，以便得到所述钛铝钼合金。发明人发现，该方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且可以有效制备前面所述的钛铝钼合金。
根据本发明的实施例，所述第一熔炼处理满足以下条件的至少之一：温度为1450℃～1750℃；时间为3h～4.5h；真空度不大于10-2Pa。
根据本发明的实施例，所述第二熔炼处理满足以下条件的至少之一：温度为1500℃～1800℃；时间为3.5h～5h；真空度不大于10-2Pa。
根据本发明的实施例，所述退火处理的温度为650℃～750℃，所述退火处理的时间为0.5h～1.5h。
根据本发明的实施例，所述方法包括：将所述反应原料混合后进行压制处理，得到第一预制金属块；在真空度不大于10-2Pa的条件下，将所述第一预制金属块进行第一熔炼处理，得到第二预制金属块，其中，所述第一熔炼处理的温度为1450℃～1750℃，时间为3h～4.5h；在真空度不大于10-2Pa的条件下，将所述第二预制金属块进行第二熔炼处理，得到第一预制合金锭，其中，所述第二熔炼处理的温度为1500℃～1800℃，时间为3.5h～5h；在1100℃～1200℃的条件下，将所述第一预制合金锭进行第一高温处理1h～3h，得到第二预制合金锭；将所述第二预制合金锭进行第一锻造处理，得到第一锻件；在900℃～930℃的条件下，将所述第一锻件进行第二高温处理0.5h～1.5h，得到第三预制合金锭；将所述第三预制合金锭进行第二锻造处理，得到第二锻件；在650℃～750℃的条件下，将所述第二锻件进行退火处理0.5h～1.5h，以便得到所述钛铝钼合金。
在本发明的又一个方面，本发明提供了一种钛铝钼合金。根据本发明的实施例，该钛铝钼合金是通过前面所述的方法制备的。发明人发现，该钛铝钼合金的弹性模量高，具有优异的抗空蚀性能和优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平低，应用前景广阔。
在本发明的再一个方面，本发明提供了一种工件。根据本发明的实施例，该工件的至少一部分是由前面所述的钛铝钼合金形成的，或者是由前面所述的方法制备的。发明人发现，该工件的弹性模量高，具有优异的抗空蚀性能和优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平低，使用寿命长，且具有前面所述的钛铝钼合金的所有特征和优点，在此不再过多赘述。
附图说明
图1显示了本发明一个实施例的制备钛铝钼合金的方法的流程示意图。
图2显示了本发明实施例1和实施例2中所述的ASTM G32-10标准空蚀实验装置的结构示意图。
图3a显示了本发明实施例1中的钛铝钼合金和对比例1中的钛合金在0.1mol/L的硫酸溶液中空蚀不同时间内的空蚀失重量(柱1为实施例1的空蚀失重量；柱3为对比例1的空蚀失重量)。
图3b显示了本发明实施例1中的钛铝钼合金和对比例1中的钛合金在0.1mol/L的硫酸溶液中空蚀不同时间内的空蚀阻抗(柱1为实施例1的空蚀阻抗；柱3为对比例1的空蚀阻抗)。
图4显示了本发明实施例1中的钛铝钼合金和对比例1中的钛合金在0.1mol/L的硫酸溶液中空蚀不同时间后表面的SEM微观形貌(a图、b图、c图和d图分别为对比例1中的钛合金空蚀30min、60min、120min和180min；e图、f图、g图和h图分别为实施例1中的钛铝钼合金空蚀30min、60min、120min和180min，其中，比例尺的长度为20μm)。
图5显示了本发明实施例1中的钛铝钼合金和对比例1中的钛合金在0.1mol/L的硫酸溶液中空蚀不同时间后表面的三维光学微观形貌(a图、b图、c图和d图分别为对比例1中的钛合金空蚀30min、60min、120min和180min；e图、f图、g图和h图分别为实施例1中的钛铝钼合金空蚀30min、60min、120min和180min)。
图6a显示了本发明实施例2中的钛铝钼合金和对比例1中的钛合金在0.1mol/L的硫酸溶液中空蚀不同时间内的空蚀失重量(柱2为实施例2的空蚀失重量；柱3为对比例1的空蚀失重量)。
图6b显示了本发明实施例2中的钛铝钼合金和对比例1中的钛合金在0.1mol/L的硫酸溶液中空蚀不同时间内的空蚀阻抗(柱2为实施例2的空蚀阻抗；柱3为对比例1的空蚀阻抗)。
图7显示了本发明实施例2中的钛铝钼合金和对比例1中的钛合金在0.1mol/L的硫酸溶液中空蚀不同时间后表面的SEM微观形貌(a图、b图、c图和d图分别为对比例1中的钛合金空蚀30min、60min、120min和180min；e图、f图、g图和h图分别为实施例2中的钛铝钼合金空蚀30min、60min、120min和180min，其中，比例尺的长度为20μm)。
图8显示了本发明实施例2中的钛铝钼合金和对比例1中的钛合金在0.1mol/L的硫酸溶液中空蚀不同时间后表面的三维光学微观形貌(a图、b图、c图和d图分别为对比例1中的钛合金空蚀30min、60min、120min和180min；e图、f图、g图和h图分别为实施例2中的钛铝钼合金空蚀30min、60min、120min和180min)。
附图标记：
10：电源 20：恒温装置 30：测试样品 40：变幅杆 50：测试液体
具体实施方式
在本发明的一个方面，本发明提供了一种钛铝钼合金。根据本发明的实施例，形成所述钛铝钼合金的反应原料包括：5.89重量份～6重量份的铝；7.95重量份～12.03重量份的钼；和81.97重量份～88重量份的海绵钛。发明人发现，该钛铝钼合金的弹性模量高，具有优异的抗空蚀性能和优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平低，应用前景广阔。
具体而言，在本发明的一些具体的实施例中，所述反应原料具体可以包括：5.89重量份的铝、7.95重量份的钼和86.16重量份的海绵钛；5.95重量份的铝、8.02重量份的钼和86.03重量份的海绵钛；5.93重量份的铝、7.98重量份的钼和86.09重量份的海绵钛；5.9重量份的铝、7.95重量份的钼和86.15重量份的海绵钛；5.9重量份的铝、12.03重量份的钼和82.07重量份的海绵钛；5.95重量份的铝、11.9重量份的钼和82.15重量份的海绵钛；5.9重量份的铝、11.95重量份的钼和82.15重量份的海绵钛或者5.98重量份的铝、11.96重量份的钼和82.06重量份的海绵钛。发明人经过大量周密的考察与实验验证后发现，当形成该钛铝钼合金的反应原料为以上任意一种时，所形成的钛铝钼合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低，应用前景更加广阔。
根据本发明的实施例，进一步地，所述钛铝钼合金是通过下列步骤形成的：将所述反应原料混合后进行压制处理，得到第一预制金属块；在真空条件下，将所述第一预制金属块进行第一熔炼处理，得到第二预制金属块；在真空条件下，将所述第二预制金属块进行第二熔炼处理，得到第一预制合金锭；将所述第一预制合金锭进行第一高温处理，得到第二预制合金锭；将所述第二预制合金锭进行第一锻造处理，得到第一锻件；将所述第一锻件进行第二高温处理，得到第三预制合金锭；将所述第三预制合金锭进行第二锻造处理，得到第二锻件；将所述第二锻件进行退火处理。由此，形成所述钛铝钼合金的方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且可以有效制备前面所述的钛铝钼合金；同时，制备得到的所述钛铝钼合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低，应用前景更加广阔。
在本发明的另一个方面，本发明提供了一种制备前面所述的钛铝钼合金的方法。根据本发明的实施例，参照图1，该方法包括以下步骤：
S100：将所述反应原料混合后进行压制处理，得到第一预制金属块。
根据本发明的实施例，所述反应原料的具体种类、配比等，与前面所述相同，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，将所述反应原料混合后进行所述压制处理的具体方式不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行灵活选择，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，得到的所述第一预制金属块的具体形状不受特别限制，例如，在本发明的一些实施例中，其可以是立方块，也可以是圆块，本领域技术人员可以理解，所述第一预制金属块的形状可以根据后续钛铝钼合金的使用需要来进行灵活选择的，在此不再过多赘述。
S200：在真空条件下，将所述第一预制金属块进行第一熔炼处理，得到第二预制金属块。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第一熔炼处理的温度可以为1450℃～1750℃。具体而言，在本发明的一些实施例中，所述第一熔炼处理的温度可以具体为1450℃、1500℃、1550℃、1600℃、1650℃、1700℃、1750℃等。由此，所述第一熔炼处理的温度较为合适，其可以使得第一预制金属块较为充分的经过熔炼而形成第二预制金属块，所形成的第二预制金属块具有较佳的微观形貌，并与前面所述的形成钛铝钼合金的反应原料即各组分之间的配比相互配合，使得最终制备得到的钛铝钼合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第一熔炼处理的时间为3h～4.5h。具体而言，在本发明的一些实施例中，所述第一熔炼处理的时间可以具体为3h、3.5h、4h、4.5h等。由此，所述第一熔炼处理的时间较为合适，其可以使得第一预制金属块较为充分的经过熔炼而形成第二预制金属块，所形成的第二预制金属块具有较佳的微观形貌，并与前面所述的形成钛铝钼合金的反应原料即各组分之间的配比相互配合，使得最终制备得到的钛铝钼合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低；同时，该第一熔炼处理的时间不会过长，进而使得生产效率高，易于实现产业化。
根据本发明的实施例，进一步地，在进行所述第一熔炼处理时，该反应体系的真空度不大于10-2Pa。由此，由于在所述第一熔炼处理进行的过程中，反应体系的真空度较低，因而，在整个反应过程中，不易引入其他杂质，进而可以使得所形成的第二预制金属块具有较佳的微观形貌，进而使得最终制备得到的钛铝钼合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第一熔炼处理具体可以是在真空自耗炉内进行的，所述真空自耗炉的具体型号、厂家等不受特别限制，只要能够较好地进行所述第一熔炼处理即可，其具体型号本领域技术人员可以根据需要进行灵活选择，在此不再过多赘述。由此，可以使得在进行所述第一熔炼处理时，具有前面所述的较低的真空度。
S300：在真空条件下，将所述第二预制金属块进行第二熔炼处理，得到第一预制合金锭。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第二熔炼处理的温度可以为1500℃～1800℃。具体而言，在本发明的一些实施例中，所述第二熔炼处理的温度可以具体为1500℃、1550℃、1600℃、1650℃、1700℃、1750℃、1800℃等。由此，所述第二熔炼处理的温度较为合适，其可以使得第二预制金属块较为充分的经过熔炼而形成第一预制合金锭，所形成的第一预制合金锭具有较佳的微观形貌，并与前面所述的形成钛铝钼合金的反应原料即各组分之间的配比相互配合，使得最终制备得到的钛铝钼合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第二熔炼处理的时间为3.5h～5h。具体而言，在本发明的一些实施例中，所述第二熔炼处理的时间可以具体为3.5h、4h、4.5h、5h等。由此，所述第二熔炼处理的时间较为合适，其可以使得第二预制金属块较为充分的经过熔炼而形成第一预制合金锭，所形成的第一预制合金锭具有较佳的微观形貌，并与前面所述的形成钛铝钼合金的反应原料即各组分之间的配比相互配合，使得最终制备得到的钛铝钼合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低；同时，该第一熔炼处理的时间不会过长，进而使得生产效率高，易于实现产业化。
根据本发明的实施例，进一步地，在进行所述第二熔炼处理时，该反应体系的真空度不大于10-2Pa。由此，由于在所述第二熔炼处理进行的过程中，反应体系的真空度较低，因而，在整个反应过程中，不易引入其他杂质，进而可以使得所形成的第一预制合金锭具有较佳的微观形貌，进而使得最终制备得到的钛铝钼合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第二熔炼处理具体可以是在真空自耗炉内进行的，所述真空自耗炉的具体型号、厂家等不受特别限制，只要能够较好地进行所述第二熔炼处理即可，其具体型号本领域技术人员可以根据需要进行灵活选择，在此不再过多赘述。由此，可以使得在进行所述第二熔炼处理时，具有前面所述的较低的真空度。
根据本发明的实施例，所述第一预制合金锭的尺寸不受特别限制，在本发明的一些实施例中，所述第一预制合金锭的直径可以是100mm～140mm，具体而言，可以是100mm、110mm、120mm、130mm或者140mm等。由此，所述第一预制合金锭的尺寸较为合适，利于后续步骤中制备所述钛铝钼合金，利于后续应用。
S400：在1100℃～1200℃的条件下，将所述第一预制合金锭进行第一高温处理1h～3h，得到第二预制合金锭。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第一高温处理的温度可以具体是1100℃、1120℃、1140℃、1160℃、1180℃或者1200℃等。由此，所述第一高温处理的温度较为合适，其可以使得第一预制合金锭较为充分的经过高温处理而形成第二预制合金锭，所形成的第二预制合金锭具有较佳的微观形貌，并与前面所述的形成钛铝钼合金的反应原料即各组分之间的配比相互配合，使得最终制备得到的钛铝钼合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第一高温处理的时间可以具体是1h、2h或者3h等。由此，所述第一高温处理的时间较为合适，其可以使得第一预制合金锭较为充分的经过高温处理而形成第二预制合金锭，所形成的第二预制合金锭具有较佳的微观形貌，并与前面所述的形成钛铝钼合金的反应原料即各组分之间的配比相互配合，使得最终制备得到的钛铝钼合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低；同时，该第一高温处理的时间不会过长，进而使得生产效率高，易于实现产业化。
S500：将所述第二预制合金锭进行第一锻造处理，得到第一锻件。
根据本发明的实施例，具体而言，所述第一锻造处理可以是采用1吨～3吨的空气锤进行的，所述空气锤具体可以是1吨、2吨或者3吨等。由此，可以较为有效且容易地得到前面所述的第一锻件。
根据本发明的实施例，具体而言，所述第一锻件的尺寸不受特别限制，在本发明的一些实施例中，所述第一锻件的直径可以是80mm～120mm，具体而言，可以是80mm、90mm、100mm、110mm或者120mm等。由此，所述第一锻件的尺寸较为合适，利于后续步骤中制备所述钛铝钼合金，利于后续应用。
根据本发明的实施例，在进行所述第一锻造处理而得到所述第一锻件以后，还可以包括对所述第一锻件进行空冷处理，然后检查所述第一锻件的表面是否存在裂纹，如果所述第一锻件的表面存在裂纹，则需对其进行打磨处理。由此，所得到的第一锻件的微观结构较佳，利于后续制备钛铝钼合金以及后续应用。
S600：在900℃～930℃的条件下，将所述第一锻件进行第二高温处理0.5h～1.5h，得到第三预制合金锭。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第二高温处理的温度可以具体是900℃、910℃、920℃或者930℃等。由此，所述第二高温处理的温度较为合适，其可以使得第一锻件较为充分的经过高温处理而形成第三预制合金锭，所形成的第三预制合金锭具有较佳的微观形貌，并与前面所述的形成钛铝钼合金的反应原料即各组分之间的配比相互配合，使得最终制备得到的钛铝钼合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低。
根据本发明的实施例，进一步地，所述第二高温处理的时间可以具体是0.5h、1h或者1.5h等。由此，所述第二高温处理的时间较为合适，其可以使得第一锻件较为充分的经过高温处理而形成第三预制合金锭，所形成的第三预制合金锭具有较佳的微观形貌，并与前面所述的形成钛铝钼合金的反应原料即各组分之间的配比相互配合，使得最终制备得到的钛铝钼合金的弹性模量进一步提高，具有更加优异的抗空蚀性能和更加优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平进一步变低；同时，该第一高温处理的时间不会过长，进而使得生产效率高，易于实现产业化。
S700：将所述第三预制合金锭进行第二锻造处理，得到第二锻件。
根据本发明的实施例，具体而言，所述第二锻造处理的具体方式与前面所述的第一锻造处理的具体方式相同，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，所述第二锻件的具体形状、尺寸等不受特别限制，在本发明的一些实施例中，所述第二锻件的直径可以是20mm～40mm，具体而言，可以是20mm、30mm或者40mm等。由此，所述第二锻件的尺寸较为合适，利于后续步骤中制备所述钛铝钼合金，利于后续应用。
S800：将所述第二锻件进行退火处理，以便得到所述钛铝钼合金。
根据本发明的实施例，进一步地，所述退火处理的温度可以为650℃～750℃。具体而言，在本发明的一些实施例中，所述退火处理的温度可以具体为650℃、700℃或者750℃等。由此，可以较好地消除前面所述的第一锻造处理和所述第二锻造处理所产生的内部应力，进而得到性能更加优异的钛铝钼合金。
根据本发明的实施例，所述退火处理的时间为0.5h～1.5h。具体而言，在本发明的一些实施例中，所述退火处理的时间可以具体为0.5h、1h或者1.5h等。由此，可以较好地消除前面所述的第一锻造处理和所述第二锻造处理所产生的内部应力，进而得到性能更加优异的钛铝钼合金。
在本发明的又一个方面，本发明提供了一种钛铝钼合金。根据本发明的实施例，该钛铝钼合金是通过前面所述的方法制备的。发明人发现，该钛铝钼合金的弹性模量高，具有优异的抗空蚀性能和优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平低，应用前景广阔。
在本发明的再一个方面，本发明提供了一种工件。根据本发明的实施例，该工件的至少一部分是由前面所述的钛铝钼合金形成的，或者是由前面所述的方法制备的。发明人发现，该工件的弹性模量高，具有优异的抗空蚀性能和优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平低，使用寿命长，且具有前面所述的钛铝钼合金的所有特征和优点，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，所述工件的具体种类不受特别限制，例如，在本发明的一些实施例中，所述工件可以是过流设备上面的工件，其具有优异的抗空蚀性能可以使得其使用寿命显著增长，使用性能更好。
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
制备钛铝钼合金的方法
首先将5.89重量份的铝、7.95重量份的钼和86.16重量份的海绵钛混合并压制成直径为80mm的圆块，然后将压制的圆块在真空自耗炉中进行熔炼，反复熔炼2次(第一次熔炼温度为1600℃，时间为4h；第二次熔炼温度为1650℃，时间为4.25h)，熔炼时真空度保持在10-2Pa以下，最后得到直径为120mm的第一预制合金锭。所得第一预制合金锭在电炉内加热到1150℃，保温2小时，然后进行第一次开坯锻造处理，锻造成直径为100mm左右见方的坯料、空冷，然后检查方坯表面质量，如有裂纹则需要进行打磨处理，彻底消除掉锻造裂纹。随后锻件在电炉内加热到915℃，保温1小时，然后进行第二次锻造，锻造成直径为30mm左右的圆棒，空冷。最后将直径为30mm的圆棒置于电炉内在700℃下退火处理1小时，最终得到抗空蚀性能优异的钛铝钼合金。
按照ASTM G32-10的标准空蚀实验(标准超声波空蚀实验)对按照本实施例所制备的钛铝钼合金在0.1mol/L的硫酸溶液中的抗空蚀性能进行验证，结果如下所示。图2显示了ASTM G32-10的标准空蚀实验装置示意图，其中，变幅杆40与测试样品30之间的距离d为0.5mm。图3a中的柱1是按照本实施例所制备的钛铝钼合金在0.1mol/L的硫酸溶液中的空蚀不同时间后试样的空蚀失重量，图3b显示了图3a中所对应的空蚀阻抗。可以看出，每一空蚀时间所对应的空蚀失重量远小于柱3(对比例1的实验数据)，说明实施例1的钛铝钼合金的抗空蚀性能要远远优于TC4合金。为了进一步说明钛铝钼合金的抗空蚀性能，图4给出了钛铝钼合金和TC4合金(对比例1)在不同空蚀时间后试样表面的SEM照片，可以看出，随着空蚀时间的延长，不论TC4合金还是钛铝钼合金其试样表面的损伤程度逐步加重。但对于同一空蚀时间，TC4合金试样的损伤程度要明显比钛铝钼合金要严重，说明钛铝钼合金的抗空蚀能力要优于TC4合金。为了进一步说明钛铝钼合金比TC4合金抗空蚀性能的优异，图5给出了钛铝钼合金和TC4合金在0.1mol/L的硫酸溶液中空蚀不同时间后试样表面的三维光学微观形貌照片，可以看出，对于同一空蚀时间，钛铝钼合金试样表面在X、Y、Z三个方向的粗糙度明显小于TC4合金(具体粗糙度数值参见表1)，说明钛铝钼合金的空蚀损伤程度要明显优于TC4合金。以上空蚀失重量、空蚀阻抗、SEM和三维光学微观形貌实验结果说明钛铝钼合金的抗空蚀性能明显优于TC4合金，且实验结果表明，钛铝钼合金的抗空蚀能力比现有的TC4合金抗空蚀能力超出3倍～5倍以上。
实施例2
制备钛铝钼合金的方法
首先将5.9重量份的铝、12.03重量份的钼和82.07重量份的海绵钛混合并压制成直径为80mm的圆棒，然后将压制的圆棒在真空自耗炉中进行熔炼，反复熔炼2次(第一次熔炼温度为1600℃，时间为4h；第二次熔炼温度为1650℃，时间为4.25h)，最后得到直径为120mm的第一预制合金锭。所得第一预制合金锭在电炉内加热到1150℃，保温2小时，然后进行第一次开坯锻造处理，锻造成直径为100mm左右见方的坯料、空冷，然后检查方坯表面质量，如有裂纹则需要进行打磨处理，彻底消除掉锻造裂纹。随后锻件在电炉内加热到915℃，保温1小时，然后进行第二次锻造，锻造成直径为30mm左右的圆棒，空冷。最后将直径为30mm的圆棒置于电炉内在700℃下退火处理1小时，最终得到抗空蚀性能优异的钛铝钼合金。
按照ASTM G32-10的标准空蚀实验(标准超声波空蚀实验)对按照本实施例所制备的钛铝钼合金在0.1mol/L的硫酸溶液中的抗空蚀性能进行验证，结果如下所示。图2显示了ASTM G32-10的标准空蚀实验装置示意图，其中，变幅杆40与测试样品30之间的距离d为0.5mm。图6a中的柱2是按照本实施例所制备的钛铝钼合金在0.1mol/L的硫酸溶液中的空蚀不同时间后试样的空蚀失重量，图6b显示了图6a中所对应的空蚀阻抗。可以看出，每一空蚀时间所对应的空蚀失重量远小于柱3(对比例1的实验数据)，说明实施例2的钛铝钼合金的抗空蚀性能要远远优于TC4合金。为了进一步说明钛铝钼合金的抗空蚀性能，图7给出了钛铝钼合金和TC4合金(对比例1)在不同空蚀时间后试样表面的SEM照片，可以看出，随着空蚀时间的延长，不论TC4合金还是钛铝钼合金其试样表面的损伤程度逐步加重。但对于同一空蚀时间，TC4合金试样的损伤程度要明显比钛铝钼合金要严重，说明钛铝钼合金的抗空蚀能力要优于TC4合金。为了进一步说明钛铝钼合金比TC4合金抗空蚀性能的优异，图8给出了钛铝钼合金和TC4合金在0.1mol/L的硫酸溶液中空蚀不同时间后试样表面的三维光学微观形貌照片，可以看出，对于同一空蚀时间，钛铝钼合金试样表面在X、Y、Z三个方向的粗糙度明显小于TC4合金(具体粗糙度数值参见表1)，说明钛铝钼合金的空蚀损伤程度要明显优于TC4合金。以上空蚀失重量、空蚀阻抗、SEM和三维光学微观形貌实验结果说明钛铝钼合金的抗空蚀性能明显优于TC4合金，且实验结果表明，钛铝钼合金的抗空蚀能力比现有的TC4合金抗空蚀能力超出3倍～5倍以上。
表1实施例1、实施例2和对比例1中的合金在X、Y、Z三个方向的粗糙度测试结果
Figure BDA0002444425320000101
由此，本发明所述的钛铝钼合金弹性模量高，具有优异的抗空蚀性能和优异的耐电化学腐蚀能力，在空蚀过程中的噪声水平低，应用前景广阔。
实施例3
与实施例1的区别仅在于：形成所述钛铝钼合金的反应原料包括5.95重量份的铝、8.02重量份的钼和86.03重量份的海绵钛。
对实施例3得到的钛铝钼合金进行抗空蚀性能测试，测试结果与实施例1类似。
实施例4
与实施例1的区别仅在于：形成所述钛铝钼合金的反应原料包括5.93重量份的铝、7.98重量份的钼和86.09重量份的海绵钛。
对实施例4得到的钛铝钼合金进行抗空蚀性能测试，测试结果与实施例1类似。
实施例5
与实施例1的区别仅在于：形成所述钛铝钼合金的反应原料包括5.9重量份的铝、7.95重量份的钼和86.15重量份的海绵钛。
对实施例5得到的钛铝钼合金进行抗空蚀性能测试，测试结果与实施例1类似。
实施例6
与实施例2的区别仅在于：形成所述钛铝钼合金的反应原料包括5.95重量份的铝、11.9重量份的钼和82.15重量份的海绵钛。
对实施例6得到的钛铝钼合金进行抗空蚀性能测试，测试结果与实施例2类似。
实施例7
与实施例2的区别仅在于：形成所述钛铝钼合金的反应原料包括5.9重量份的铝、11.95重量份的钼和82.15重量份的海绵钛。
对实施例7得到的钛铝钼合金进行抗空蚀性能测试，测试结果与实施例2类似。
实施例8
与实施例2的区别仅在于：形成所述钛铝钼合金的反应原料包括5.98重量份的铝、11.96重量份的钼和82.06重量份的海绵钛。
对实施例8得到的钛铝钼合金进行抗空蚀性能测试，测试结果与实施例2类似。
对比例1
相关技术中的TC4合金。
对对比例1的TC4合金进行抗空蚀性能测试，测试结果如前所述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种钛铝钼合金，其特征在于，形成所述钛铝钼合金的反应原料由以下成分组成：
5.89重量份~6重量份的铝；
11.9重量份~12.03重量份的钼；和
81.97重量份~82.15重量份的海绵钛，
且所述钛铝钼合金是通过下列步骤形成的：
将所述反应原料混合后进行压制处理，得到第一预制金属块；
在真空度不大于10-2 Pa的条件下，将所述第一预制金属块进行第一熔炼处理，得到第二预制金属块，其中，所述第一熔炼处理的温度为1450℃~1750℃，时间为3 h~4.5 h；
在真空度不大于10-2 Pa的条件下，将所述第二预制金属块进行第二熔炼处理，得到第一预制合金锭，其中，所述第二熔炼处理的温度为1500℃~1800℃，时间为3.5 h~5 h；
在1100℃~1200℃的条件下，将所述第一预制合金锭进行第一高温处理1 h~3 h，得到第二预制合金锭；
将所述第二预制合金锭进行第一锻造处理，得到第一锻件；
在900℃~930℃的条件下，将所述第一锻件进行第二高温处理0.5 h~1.5 h，得到第三预制合金锭；
将所述第三预制合金锭进行第二锻造处理，得到第二锻件；
在650℃~750℃的条件下，将所述第二锻件进行退火处理0.5 h~1.5 h，以便得到所述钛铝钼合金。
2.根据权利要求1所述的钛铝钼合金，其特征在于，所述反应原料包括以下至少之一：
5.9重量份的铝、12.03重量份的钼和82.07重量份的海绵钛；
5.95重量份的铝、11.9重量份的钼和82.15重量份的海绵钛；
5.9重量份的铝、11.95重量份的钼和82.15重量份的海绵钛；
5.98重量份的铝、11.96重量份的钼和82.06重量份的海绵钛。
3.一种制备权利要求1或2所述的钛铝钼合金的方法，其特征在于，包括：
将所述反应原料混合后进行压制处理，得到第一预制金属块；
在真空度不大于10-2 Pa的条件下，将所述第一预制金属块进行第一熔炼处理，得到第二预制金属块，其中，所述第一熔炼处理的温度为1450℃~1750℃，时间为3 h~4.5 h；
在真空度不大于10-2 Pa的条件下，将所述第二预制金属块进行第二熔炼处理，得到第一预制合金锭，其中，所述第二熔炼处理的温度为1500℃~1800℃，时间为3.5 h~5 h；
在1100℃~1200℃的条件下，将所述第一预制合金锭进行第一高温处理1 h~3 h，得到第二预制合金锭；
将所述第二预制合金锭进行第一锻造处理，得到第一锻件；
在900℃~930℃的条件下，将所述第一锻件进行第二高温处理0.5 h~1.5 h，得到第三预制合金锭；
将所述第三预制合金锭进行第二锻造处理，得到第二锻件；
在650℃~750℃的条件下，将所述第二锻件进行退火处理0.5 h~1.5 h，以便得到所述钛铝钼合金。
4.一种工件，其特征在于，所述工件的至少一部分是由权利要求1或2所述的钛铝钼合金形成的，或者是由权利要求3所述的方法制备的。
CN202010274933.5A 2020-04-09 2020-04-09 一种抗空蚀钛铝钼合金及其制备工艺 Expired - Fee Related CN111455215B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010274933.5A CN111455215B (zh) 2020-04-09 2020-04-09 一种抗空蚀钛铝钼合金及其制备工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010274933.5A CN111455215B (zh) 2020-04-09 2020-04-09 一种抗空蚀钛铝钼合金及其制备工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111455215A CN111455215A (zh) 2020-07-28
CN111455215B true CN111455215B (zh) 2021-06-22

Family

ID=71678463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010274933.5A Expired - Fee Related CN111455215B (zh) 2020-04-09 2020-04-09 一种抗空蚀钛铝钼合金及其制备工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111455215B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111321318B (zh) * 2018-12-14 2022-02-18 上海纳微涂层有限公司 一种抗空蚀钛合金及其制备工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1665948A (zh) * 2002-06-27 2005-09-07 梅莫瑞公司 β钛组合物及其制备方法
CN201634746U (zh) * 2009-10-30 2010-11-17 大连海事大学 一种表面具有抗空蚀特性的钛合金件
CN103498072A (zh) * 2013-09-03 2014-01-08 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种油、气井用高强度高冲击韧性钛合金及制备方法
CN107746990A (zh) * 2017-09-27 2018-03-02 西安交通大学 一种高强高塑性Ti‑Al‑Zr‑Mo‑V系β钛合金及其热处理工艺
EP2971200B1 (en) * 2013-03-15 2018-04-11 ATI Properties LLC Thermomechanical processing of alpha-beta titanium alloys

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1665948A (zh) * 2002-06-27 2005-09-07 梅莫瑞公司 β钛组合物及其制备方法
CN201634746U (zh) * 2009-10-30 2010-11-17 大连海事大学 一种表面具有抗空蚀特性的钛合金件
EP2971200B1 (en) * 2013-03-15 2018-04-11 ATI Properties LLC Thermomechanical processing of alpha-beta titanium alloys
CN103498072A (zh) * 2013-09-03 2014-01-08 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种油、气井用高强度高冲击韧性钛合金及制备方法
CN107746990A (zh) * 2017-09-27 2018-03-02 西安交通大学 一种高强高塑性Ti‑Al‑Zr‑Mo‑V系β钛合金及其热处理工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN111455215A (zh) 2020-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101927312B (zh) Tc4钛合金锻环加工工艺
CN104498849B (zh) 一种Ti662钛合金管材的制备工艺
US3356542A (en) Cobalt-nickel base alloys containing chromium and molybdenum
US9994946B2 (en) High strength, homogeneous copper-nickel-tin alloy and production process
CN109743425B (zh) 一种高效散热的手机中框
CN109252112B (zh) 一种具有超大非晶形成能力的Ti基非晶合金及其制备方法
JP2017503086A (ja) 改善された高温性能を有するアルミニウム鋳造合金
CN116689787A (zh) 一种提高增材制造高温钛合金拉伸性能的热处理方法
CN111455215B (zh) 一种抗空蚀钛铝钼合金及其制备工艺
CN101934341A (zh) Tc4钛合金筒形件的锻造工艺
CN102560268A (zh) 一种超低碳高强度不锈钢细径导管及其制备方法
CN111961919A (zh) 一种船舶用镍铜合金棒材及其加工方法
JPH04504592A (ja) 強靭性を有するアルミニウム―リチウム、アルミニウム―マグネシウム及びマグネシウム―リチウムの合金
CN114934246A (zh) 一种熵调控CoCrFeNi系柔性微米纤维及制备方法
CN117862388A (zh) 一种深海薄壁密封环Inconel 718镍基合金锻件的锻造工艺
CN111394613B (zh) 抗空蚀钛铝锆合金及其制备工艺
CN117385227B (zh) 一种铜铬合金及其制备方法和应用
CN112626431A (zh) 一种医用超声换能器用预应力螺栓的制备方法
CN112647030A (zh) 一种铝镁合金焊丝塑性提高方法
CN114309131A (zh) 一种均匀细晶镍基合金n08825大型厚壁管坯锻件的制造方法
CN116020970A (zh) 一种高冲击功ta5合金锻环及其制备方法
CN110116211A (zh) 一种选择性激光熔化AlSi10Mg合金制品的热处理方法
RU2178014C1 (ru) СПОСОБ ПРОКАТКИ ПРУТКОВ ИЗ ПСЕВДО-β-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
RU2208063C2 (ru) Метод получения полуфабрикатов из металлов и сплавов псевдопорошковой металлургией
Dong et al. High-temperature deformation resistance and creep resistance of a TiAl-based alloy fabricated by cold crucible directional solidification technology

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210622