一种耐海水冲刷腐蚀的铸造钛合金材料及其制备方法

本发明属于铸造钛合金材料，具体涉及一种耐海水冲刷腐蚀的铸造钛合金材料及其制备方法。

背景技术：

1、钛合金铸件因其良好的力学性能、较低的密度、优异的耐腐蚀性以及相对较低的加工成本，在航空航天、海洋工程、船舶制造以及石油化工等多个领域得到了广泛的应用。近年来，大型船舶设备中的不锈钢部件逐渐被纯钛、ti-6al-4v等钛及钛合金取代。开发具有更优异强塑性匹配、耐海水腐蚀性能和良好铸造工艺性能的钛合金材料对提升船舶等海洋工程领域复杂部件服役可靠性和耐久性具有重要意义。

2、目前海洋中常用铸造钛合金中，ti-6al-4v合金的综合力学性能最为优异。一些报道中提到一种新型低成本、高塑性、耐海水腐蚀钛合金，按重量百分含量计，该钛合金化学成分为：al3.0%～4.5%，v2.0%～3.0%，fe0.5%～1.5%，cu0.5%～2.0%，余量为ti及不可避免的杂质元素。该合金通过添加fe、cu元素，能够得到比ti-6al-4v合金更高的抗海水腐蚀能力。但是该种方式的不足之处在于不进行后续热处理强化的情况下，该合金的屈服强度仅能达到660mpa，与ti-6al-4v合金相比牺牲了较大程度的强度。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明在现有技术中广泛使用的具有优异流动性的铸造钛合金成分ti-6al-4v基础上，引入少量nb、zr，在保证合金优异铸造性能的情况下，提升了合金的耐海水冲刷腐蚀性能。这种改进不仅使得合金在海洋环境中的服役寿命得以延长，还提高了其在复杂海洋环境中的可靠性和稳定性。此外，本发明合金的铸造工艺性能与ti-6al-4v合金相当，可避免了复杂的工艺步骤，适合应用于铸造桨叶等船用大型承力构件的低成本制造。

2、具体的，本发明第一方面提供一种耐海水冲刷腐蚀的铸造钛合金材料，所述合金材料的化学成分按质量百分数计，包括5.8%～6.5%的al，3.8%～4.5%的v，0.8%～1.5%的zr，0.8%～1.5%的nb，0.1%～0.3%的o，0.2%～0.5%的fe，其余为ti。

3、本发明第二方面提供了一种上述的耐海水冲刷腐蚀的铸造钛合金材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

4、s1、以海绵钛、al豆、alv58、tife32、tio2粉末、alnb70粉末、海绵锆为原料，按照权利要求1所述的合金材料的化学成分配比进行称量后混料，得到混合物料，然后通过压力机及模具将所述混合物料压制为电极块；

5、s2、将所述电极块组焊为长条状电极；

6、s3、对步骤s2所得的长条状电极进行多次熔炼并进行浇注，得到合金试样；

7、s4、浇注完成，待合金试样冷却后出炉；

8、s5、 对步骤s4所得合金试样进行热等静压处理，得到最终的耐海水冲刷腐蚀的铸造钛合金试样。

9、作为本发明的进一步说明，步骤s3的熔炼过程先在真空自耗电极电弧熔炼炉中完成，所得一次锭在冷坩埚悬浮熔炼炉或真空凝壳炉中进行浇注。

10、作为本发明的进一步说明，步骤s5的热等静压参数如下：温度为910℃～930℃，压力为110～130mpa，时间为2～4h。

11、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

12、本发明中通过向钛合金中加入锆元素、铌元素，以及微量的氧元素和铁元素，并控制质量百分数zr元素在0.8%～1.5%，nb元素在0.8%～1.5%，o元素在0.1%～0.3%，fe元素在0.2%～0.5%。本发明合金较ti-6al-4v合金较大幅度提高了其耐海水冲刷腐蚀性能，满足受海水冲刷的大型船舶部件的设计制造需求。

13、本发明合金在10m/s流速海水冲刷下的腐蚀速率大幅降低，同时，本发明合金室温力学性能与ti-6al-4v保持一致。具体的性能参数为：屈服强度750～780mpa，抗拉强度835～870mpa，伸长率13%～15%；海水冲刷腐蚀速率≤0.0033mm/a。本发明的改进ti-6al-4v钛合金显著提高了耐蚀性能，从而可以使海洋装置服役期增加，降低相关装置的使用成本。

14、本技术方案的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术方案而了解。本技术方案的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

15、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种耐海水冲刷腐蚀的铸造钛合金材料，其特征在于，所述合金材料的化学成分按质量百分数计，包括5.8%～6.5%的al，3.8%～4.5%的v，0.8%～1.5%的zr，0.8%～1.5%的nb，0.1%～0.3%的o，0.2%～0.5%的fe，其余为ti。

2.一种权利要求1所述的耐海水冲刷腐蚀的铸造钛合金材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

3.如权利要求2所述的耐海水冲刷腐蚀的铸造钛合金材料的制备方法，其特征在于，步骤s3的熔炼过程先在真空自耗电极电弧熔炼炉中完成，所得一次锭在冷坩埚悬浮熔炼炉或真空凝壳炉中进行浇注。

4.如权利要求2所述的耐海水冲刷腐蚀的铸造钛合金材料的制备方法，其特征在于，步骤s5的热等静压参数如下：温度为910℃～930℃，压力为110～130mpa，时间为2～4h。

技术总结本发明提供了一种耐海水冲刷腐蚀的铸造钛合金材料及其制备方法，涉及铸造钛合金材料技术领域。本发明合金材料的化学成分按质量百分数计，包括5.8%～6.5%的Al，3.8%～4.5%的V，0.8%～1.5%的Zr，0.8%～1.5%的Nb，0.1%～0.3%的O，0.2%～0.5%的Fe，其余为Ti。其制备方法，包括：以海绵钛、Al豆、AlV<subgt;58</subgt;、TiFe<subgt;32</subgt;、TiO<subgt;2</subgt;粉末、AlNb<subgt;70</subgt;粉末、海绵锆为原料进行混料，然后压制为电极块；将所述电极块组焊为长条状电极；对长条状电极进行多次熔炼并进行浇注，得到合金试样；浇注完成冷却出炉，进行热等静压处理，得到钛合金试样。本发明中通过向钛合金中加入锆元素、铌元素，以及微量的氧元素和铁元素，大幅度提高了其耐海水冲刷腐蚀性能，满足受海水冲刷的大型船舶部件的设计制造需求。技术研发人员：寇宏超,宋雨晴,汪国栋,郭金虹受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2