一种运动器材用低间隙高钒钛合金的制造方法
阅读说明：本技术 一种运动器材用低间隙高钒钛合金的制造方法 (Manufacturing method of low-clearance high-vanadium titanium alloy for sports equipment ) 是由 夏长安 于 2021-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种运动器材用低间隙高钒钛合金的制造方法,包括钛合金母合金,所述钛合金母合金加纯钛,补充真空熔炼烧损的元素,进一步调整组织和成分后制得低间隙高钒钛合金,本发明满足高塑性和高韧性,有非常好的冷热加工性能,可以满足高强度和高弹性的使用性能。(The invention provides a manufacturing method of a low-clearance high-vanadium titanium alloy for sports equipment, which comprises a titanium alloy master alloy, wherein the titanium alloy master alloy is added with pure titanium to supplement elements of vacuum melting and burning loss, and the low-clearance high-vanadium titanium alloy is prepared after further adjusting the structure and the components.)
技术领域
本发明涉及运动器材用金属材料技术领域，具体为一种运动器材用低间隙高钒钛合金的制造方法。
背景技术
近年来钛合金在运动器材领域被越来越广泛使用，钛合金以其优异的性能和较低的比重，可以满足运动自行车、滑雪、滑冰、登山登器材等的制造要求。特别是高尔夫球具的生产方面，钛合金被使用在高尔夫杆头制造上，有其独特的优势。
高尔夫球具杆头，是高尔夫球具的核心部件，特别是木杆杆头，不仅要求体积，还要要求更好的弹性和冲击韧性。对制造杆头的钛合金材料提出了越来越高制造难度。常用的钛合金牌号TC4（中国标准）的板材，很难满足其杆头强度和弹性要求，特别是杆头形状越来越复杂，成形难度越来越高。高尔夫钛合金杆头的制造，不仅要考虑其钛合金材料的力学性能，还要兼顾杆头制造时的冷热加工性能，本发明就是提供了一种新的β型钛合金材料的制造方法，主要是钛合金铸锭和板材生产工艺，其他加工材棒、管、线也可以用本发明的铸锭生产。铸锭成分为钒-铝-锡-锆系，这个钛合金主要特点是：
满足高塑性和高韧性，有非常好的冷热加工性能，可以满足高强度和高弹性的使用性能。
高性能的钛合金加工材依赖于高品质的钛合金铸锭生产，传统的高钒β型钛合金铸锭生产方法是：铝热法生产的高钒-铝中间合金作为填加钒元素的方法，和海绵钛及其他元素一起用液压机挤压自耗电极，然后用真空自耗炉三次熔炼，生产出钛合金铸锭。由于铝热法生产的钒-铝中间合金低间隙元素O、N、C、H杂质成分很难控制,成分偏析，所以国内高β型钛合金质量一直无法达到发达国家水平，性能差距很大。本发明是根据国内原材料生产的状态，用先精炼母合金然后在调整成分的与其他生产单位完全不同的钛合金铸锭生产工艺路线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种运动器材用低间隙高钒钛合金的制造方法，以解决上述背景技术中提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种运动器材用低间隙高钒钛合金的制造方法，包括钛合金母合金，所述钛合金母合金加纯钛，补充真空熔炼烧损的元素，进一步调整组织和成分后制得低间隙高钒钛合金。
优选的，所述钛合金母合金的原料如下：自制的铝热法生产的钒炉中间合金，超0级海绵钛，自制的钛-锡合金，纯锆。
优选的，自制的铝热法生产的钒炉中间合金中的V 85％～89％ ，Al 11％～15％；超0级海绵钛中的Ti＞99.90％；自制的钛-锡合金中的Sn＞30％；纯锆中的 Zr＞99.5％。
优选的，所述钛合金母合金采用以下顺序的步骤铸锭熔炼：
步骤一、将自制的铝热法生产的钒炉中间合金、超0级海绵钛、自制的钛-锡合金、纯锆分层放入水冷铜坩埚真空感应炉的感应区内，然后关闭炉门；
步骤二、将水冷铜坩埚真空感应炉内的空气抽离；
步骤三、启动水冷铜坩埚真空感应炉的电源，在水冷铜坩埚真空感应炉内熔炼后精炼；
步骤四、将步骤三精炼好的原料输入到铸锭模具中，完成铸锭；
步骤五、带炉冷后，破真空；
步骤六、取出生产好的钛合金母合金铸锭，分析检测合格后，储存备用。
优选的，所述钛合金母合金铸锭的化学成分如下：V 40％～45％，Al 6％～10％，Sn 2％～3％，Zr 0.2％～0.3％，O＜0.06％，N＜0.003％，C＜0.005％，H＜0.001％。
优选的，所述低间隙高钒钛合金采用以下顺序的步骤生产：
步骤一、在自制的真空焊接箱中,将所述钛合金母合金铸锭和超低间隙元素的TA0棒材在轴向和径向上均布；
步骤二、用等离子焊接方法,组焊成一次铸锭的真空自耗电极；
步骤三、用组焊好的自耗电极固定在真空自耗炉上，按照制定好的熔炼工艺进行真空自耗第一次铸锭熔铸；
步骤四、第一次熔炼铸锭完成后，把一次熔炼铸锭放入真空焊接箱内进行组焊二次熔炼的真空自耗电极；
步骤五、根据确定好的二次真空把组焊好的二次真空自耗电极进行二次真空自耗熔铸；
步骤六、待炉冷后，破真空出炉，对第二次熔炼铸锭取样分析；
步骤七、去铸锭头尾表面扒皮后，进行最终检验，合格后入库。
优选的，二次真空自耗熔铸在冷铜坩埚中进行，且第二次真空自耗铸锭直径控制在φ＜480mm，铸锭热锻开坯温度：980-1050℃，热锻（轧）温度：850-950℃，退火（固熔）温度：790—810℃，时效温度：480-560℃；抗拉强度 ＞750MPa，屈服强度＞710MPa，延伸率＞25%；固熔+时效状态后，抗拉强度 ＞1100MPa，屈服强度＞980MPa，延伸率＞15%。
优选的，所述低间隙高钒钛合金的化学成分如下：V 18.00％～21.50％，Al3.20％～4.80％，Sn 0.80％～2.00％，Zr 0.10％～0.25％，O＜0.08％，N＜0.005％，C＜0.006％，H＜0.002％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.低间隙元素含量，满足高塑性和高韧性
2.高钒含量，β型组织，有非常好的冷热加工性能
3.良好的热处理强化性能，可以满足高强度和高弹性的使用性能。
附图说明
图1为本发明的钛合金母合金生产工艺框图；
图2为本发明的热轧状态组织图；
图3为本发明的二次真空自耗熔铸工艺框图。
具体实施方式
实施例1
请参考附图1，所述钛合金母合金采用以下顺序的步骤铸锭熔炼：
步骤一、将自制的铝热法生产的钒炉中间合金、超0级海绵钛、自制的钛-锡合金、纯锆分层放入水冷铜坩埚真空感应炉的感应区内，然后关闭炉门；
步骤二、将水冷铜坩埚真空感应炉内的空气抽离；
步骤三、启动水冷铜坩埚真空感应炉的电源，在水冷铜坩埚真空感应炉内熔炼后精炼；
步骤四、将步骤三精炼好的原料输入到铸锭模具中，完成铸锭；
步骤五、带炉冷后，破真空；
步骤六、取出生产好的钛合金母合金铸锭，分析检测合格后，储存备用。
钛合金母合金铸锭的化学成分如下：V 40％～45％，Al 6％～10％，Sn 2％～3％，Zr 0.2％～0.3％，O＜0.06％，N＜0.003％，C＜0.005％，H＜0.001％。
实施例2
请参考附图2、附图3，所述低间隙高钒钛合金采用以下顺序的步骤生产：
步骤一、在自制的真空焊接箱中,将所述钛合金母合金铸锭和超低间隙元素的TA0棒材在轴向和径向上均布；
步骤二、用等离子焊接方法,组焊成一次铸锭的真空自耗电极；
步骤三、用组焊好的自耗电极固定在真空自耗炉上，按照制定好的熔炼工艺进行真空自耗第一次铸锭熔铸；
步骤四、第一次熔炼铸锭完成后，把一次熔炼铸锭放入真空焊接箱内进行组焊二次熔炼的真空自耗电极；
步骤五、根据确定好的二次真空把组焊好的二次真空自耗电极进行二次真空自耗熔铸；
步骤六、待炉冷后，破真空出炉，对第二次熔炼铸锭取样分析；
步骤七、去铸锭头尾表面扒皮后，进行最终检验，合格后入库。
二次真空自耗熔铸在冷铜坩埚中进行，且第二次真空自耗铸锭直径控制在φ＜480mm，铸锭热锻开坯温度：980-1050℃，热锻（轧）温度：850-950℃，退火（固熔）温度：790—810℃，时效温度：480-560℃；抗拉强度 ＞750MPa，屈服强度＞710MPa，延伸率＞25%；固熔+时效状态后，抗拉强度 ＞1100MPa，屈服强度＞980MPa，延伸率＞15%。
优选的，所述低间隙高钒钛合金的化学成分如下：V 18.00％～21.50％，Al3.20％～4.80％，Sn 0.80％～2.00％，Zr 0.10％～0.25％，O＜0.08％，N＜0.005％，C＜0.006％，H＜0.002％。
上述对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。
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