專利名稱：一種高沖擊韌性的鈦合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高沖擊韌性的鈦合金及其制備方法，屬于有色金屬加工技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
通常將低應(yīng)變速率下的加載載荷稱為準(zhǔn)靜態(tài)載荷，其應(yīng)變速率一般不大于 IO-2S-1,常規(guī)拉伸和壓縮性能測(cè)試時(shí)的加載即屬于這類載荷。將材料在高應(yīng)變速率下的加載 載荷稱為動(dòng)態(tài)載荷，有時(shí)也稱為沖擊載荷，這類載荷的應(yīng)變速率一般不低于IO2S-1低，高的 甚至可達(dá)IO4 IO5S-^隨著加載速率的提高，材料在承受載荷時(shí)的變形行為及失效模式明 顯的不同于常規(guī)的準(zhǔn)靜態(tài)加載。鈦合金由于具有高的比強(qiáng)度、優(yōu)異的耐腐蝕性能及優(yōu)良的綜合力學(xué)性能而被廣泛 的應(yīng)用于航空、航天、艦船、兵器等軍工領(lǐng)域。鈦合金作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于軍工領(lǐng)域，往往需 要承受高應(yīng)變速率的沖擊載荷。隨著鈦合金在軍工領(lǐng)域應(yīng)用水平的提高，除了原有的常規(guī) 力學(xué)性能之外，鈦合金在沖擊載荷下的性能也日益得到重視。沖擊韌性即單位面積的沖擊 吸收功，可表征材料承受沖擊載荷時(shí)發(fā)生變形直至斷裂所吸收能量。沖擊韌性的測(cè)試方法 及實(shí)驗(yàn)設(shè)備都較為簡(jiǎn)單，工程上應(yīng)用最早，且有成熟的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因此沖擊韌性是目前評(píng)價(jià) 材料承受沖擊載荷能力的最簡(jiǎn)單參數(shù)。鈦合金的沖擊韌性一般不高，且加工和熱處理狀態(tài)對(duì)沖擊韌性有顯著的影響。 Ti-6A1-4V合金Φ 16mm小規(guī)格棒材等軸組織的典型性能為抗拉強(qiáng)度Rm為900 1050MPa， 延伸率A不低于10%，斷面收縮率不低于25%，沖擊韌性典型ak值為30 45J/cm2 ；雙態(tài) 組織和魏氏組織的強(qiáng)度與等軸組織基本相當(dāng)，塑性稍低，但沖擊韌性明顯提高，典型值也只 是在60J/cm2左右。而實(shí)際應(yīng)用中需要高沖擊韌性的鈦合金。因此，提供高沖擊韌性的鈦 合金就成為該技術(shù)領(lǐng)域急需解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種高沖擊韌性的鈦合金。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案—種高沖擊韌性的鈦合金，其特征在于所述鈦合金的組成和配比為(重量百分 比)4% 7%的Mo，2% 6%的V，并且Mo的含量與V的含量必須滿足Mo%+0. 7 X (V%) =8. 2 % 8. 4% ;2 % 3. 5 %的Cr，2. 8 % 5. 2 %的Al，且Cr的含量與Al的含量必須滿 足 1.6X (Cr% )-0. 4% = A1%;0. 08% 0· 12% 的 0，0· 05% 0· 10% 的 Fe，余量為 Ti (其 余C、N、H、Si等間隙元素成分按常規(guī)鈦合金控制)。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述鈦合金中Mo的含量與V的含量必須滿足 Μο% +0. 7Χ (V% ) = 8. 3%。本發(fā)明的另一目的是提供上述高沖擊韌性的鈦合金的制備方法。本發(fā)明的上述目的是通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到的
一種高沖擊韌性的鈦合金的制備方法，其步驟如下(1)將市售的海綿鈦、純鋁、純鉻、鋁鉬中間合金、鋁釩中間合金按配比制備成電極 塊，用常規(guī)方法(真空自耗熔煉、凝殼爐熔煉、等離子束熔煉、電子束熔煉、懸浮爐熔煉等或 其組合)制成鑄錠；(2)步驟(1)所得鑄錠在相變點(diǎn)以上開(kāi)坯，逐步降溫進(jìn)行中間鍛造或軋制，制成棒 坯；(3)步驟(2)所得棒坯在相變點(diǎn)以上20 100°C范圍內(nèi)加熱，然后采用軋制或鍛 造成形方法制成棒材；(4)步驟(3)所得棒材進(jìn)行三重退火熱處理，第一重退火處理是在相變點(diǎn)以下 40°C 100°C保溫30分鐘后爐冷，第二重處理是在500°C 520°C保溫8小時(shí)，第三重退火 處理是升溫至620°C 650°C保溫30分鐘后爐冷，得產(chǎn)品。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的高沖擊韌性的鈦合金，通過(guò)本發(fā)明中所述的優(yōu)化加工工藝加工后其 Φ 16mm小規(guī)格棒材沖擊韌性不低于llOJ/cm2，是雙態(tài)組織或魏氏組織Ti_6Al_4V合金沖 擊韌性的近兩倍，且強(qiáng)度和塑性不低于同規(guī)格Ti-6A1-4V合金棒材(室溫拉伸強(qiáng)度不低于 925MPa，延伸率不低于15%，面縮率不低于50% )。本發(fā)明的鈦合金可以應(yīng)用于各種對(duì)承受 沖擊載荷有較高要求的結(jié)構(gòu)件中。下面通過(guò)具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但并不意味著對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍 的限制。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將市售的海綿鈦、純鋁、純鉻、鋁鉬中間合金、鋁釩中間合金按表1的成分配比制 備成電極塊，電極塊在真空等離子箱內(nèi)焊接成真空自耗電極，然后進(jìn)行三次真空自耗熔煉 制成鑄錠，用金相法測(cè)得鑄錠的相變點(diǎn)為815°C。鑄錠在相變點(diǎn)上開(kāi)坯鍛造，逐步降溫經(jīng)過(guò) 中間鍛造后制成Φ 35mm的軋制棒坯，棒坯加熱到835°C后，在橫列式軋機(jī)上軋制成Φ 16mm 棒材。軋制成的棒材進(jìn)行三重退火熱處理，經(jīng)過(guò)表2中所列的熱處理制度處理后，按GB/ T228-2002的要求進(jìn)行室溫力學(xué)性能測(cè)試，按GB/T228-2007的要求測(cè)試室溫U型缺口的沖 擊韌性，所有性能見(jiàn)表2。表表2實(shí)施例1中棒材的力學(xué)性能
1實(shí)施例1中合金的配比成分
化學(xué)成分AlCrMoV0FeTi含量2. 82460. 120. 10余量
熱處理制度Rm(MPa)Rpa2(MPa)A(%)z(%)aku (J/cm2)715°C/0. 5h/FC+500°C/8h+ 620 °C/0. 5h/FC9859751765115
4
其中，Rm-抗拉強(qiáng)度、RpO. 2_屈服強(qiáng)度、A-延伸率、Z-面縮率、aku_沖擊韌性、FC-爐 冷，以下同。實(shí)施例2將市售的海綿鈦、純鋁、純鉻、鋁鉬中間合金、鋁釩中間合金按表3的成分配比制 備成電極塊，電極塊在真空等離子箱內(nèi)焊接成真空自耗電極，然后進(jìn)行三次真空自耗熔煉 制成鑄錠，用金相法測(cè)得鑄錠的相變點(diǎn)為800°C。鑄錠在相變點(diǎn)上開(kāi)坯鍛造，經(jīng)過(guò)中間鍛造 后制成Φ 35mm的軋制棒坯，棒坯加熱到845°C后，在橫列式軋機(jī)上軋制成Φ 16mm棒材。軋 制成的棒材進(jìn)行三重退火熱處理，經(jīng)過(guò)表4中所列的熱處理制度處理后，按GB/T228-2002 的要求進(jìn)行室溫力學(xué)性能測(cè)試，按GB/T228-2007的要求測(cè)試室溫U型缺口的沖擊韌性，所 有性能見(jiàn)表4。表3
W030]表4實(shí)施例2中棒材的力學(xué)性能
實(shí)施例3將市售的海綿鈦、純鋁、純鉻、鋁鉬中間合金、鋁釩中間合金按表5的成分配比，然 后在懸浮爐中熔煉制成鑄錠，用金相法測(cè)得鑄錠的相變點(diǎn)為750°C。鑄錠在相變點(diǎn)上開(kāi)坯鍛 造，逐步降溫經(jīng)過(guò)中間鍛造后制成Φ35πιπι的軋制棒坯，棒坯加熱到850°C后，在橫列式軋機(jī) 上軋制成Φ16πιπι棒材。軋制成的棒材進(jìn)行三重退火熱處理，經(jīng)過(guò)表6中所列的熱處理制度 處理后，按GB/T228-2002的要求進(jìn)行室溫力學(xué)性能測(cè)試，按GB/T228-2007的要求測(cè)試室溫 U型缺口的沖擊韌性，所有性能見(jiàn)表6。表 5表6實(shí)施例3中棒材的力學(xué)性能 實(shí)施例4 將市售的海綿鈦、純鋁、純鉻、鋁鉬中間合金、鋁釩中間合金按表7的成分配比，然 后在懸浮爐中熔煉制成鑄錠，用金相法測(cè)得鑄錠的相變點(diǎn)為780V。鑄錠在相變點(diǎn)上開(kāi)坯鍛 造，逐步降溫經(jīng)過(guò)中間鍛造后制成Φ35πιπι的軋制棒坯，棒坯加熱到850°C后，在橫列式軋機(jī) 上軋制成Φ16πιπι棒材。軋制成的棒材進(jìn)行三重退火熱處理，經(jīng)過(guò)表8中所列的熱處理制度 處理后，按GB/T228-2002的要求進(jìn)行室溫力學(xué)性能測(cè)試，按GB/T228-2007的要求測(cè)試室溫 U型缺口的沖擊韌性，所有性能見(jiàn)表8。表7實(shí)施例4中合金的配比成分 表8實(shí)施例4中棒材的力學(xué)性能。
權(quán)利要求
一種高沖擊韌性的鈦合金，其特征在于所述鈦合金的組成和配比為(重量百分比)4％～7％的Mo，2％～6％的V，并且Mo的含量與V的含量滿足Mo％+0.7×(V％)＝8.2％～8.4％；2％～3.5％的Cr，2.8％～5.2％的Al，且Cr的含量與Al的含量滿足1.6×(Cr％) 0.4％＝Al％；0.08％～0.12％的0，0.05％～0.10％的Fe，余量為Ti。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高沖擊韌性的鈦合金，其特征在于所述鈦合金中Mo的含量 與 V 的含量滿足 Μο% +0. 7X (V% ) =8.3%。
3.一種高沖擊韌性的鈦合金的制備方法，其步驟如下(1)將市售的海綿鈦、純鋁、純鉻、鋁鉬中間合金、鋁釩中間合金按配比制備成電極塊， 用常規(guī)方法制成鑄錠；(2)步驟⑴所得鑄錠在相變點(diǎn)以上開(kāi)坯，逐步降溫進(jìn)行中間鍛造或軋制，制成棒坯；(3)步驟(2)所得棒坯在相變點(diǎn)以上20 100°C范圍內(nèi)加熱，然后采用軋制或鍛造成 形方法制成棒材；(4)步驟(3)所得棒材進(jìn)行三重退火熱處理，第一重退火處理是在相變點(diǎn)以下40°C 100°C保溫30分鐘后爐冷，第二重處理是在500°C 520°C保溫8小時(shí)，第三重退火處理是 升溫至620°C 650°C保溫30分鐘后爐冷，得產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高沖擊韌性的鈦合金及其制備方法，其組成和配比為(重量)4％～7％的Mo，2％～6％的V，并且Mo的含量與V的含量滿足Mo％+0.7×(V％)＝8.2％～8.4％；2％～3.5％的Cr，2.8％～5.2％的Al，且Cr的含量與Al的含量滿足1.6×(Cr％)-0.4％＝Al％；0.08％～0.12％的O，0.05％～0.10％的Fe，余量為Ti。本發(fā)明的鈦合金，通過(guò)優(yōu)化加工工藝加工后其Φ16mm小規(guī)格棒材沖擊韌性不低于110J/cm2，是雙態(tài)組織或魏氏組織Ti-6Al-4V合金沖擊韌性的近兩倍。本發(fā)明的鈦合金可以應(yīng)用于各種對(duì)承受沖擊載荷有較高要求的結(jié)構(gòu)件中。
文檔編號(hào)C22C14/00GK101928859SQ20091024181
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者于洋, 付艷艷, 葉文君, 張翥, 惠松驍, 王希哲 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院