專利名稱：一種強(qiáng)韌性鈦合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種強(qiáng)韌性鈦合金及其制備方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前金屬材料領(lǐng)域中，鈦合金的強(qiáng)韌性受到了越來越多的重視。中國專利CN01140046. 3涉及一種采用熔煉和粉末冶金技術(shù)制備的鈦鋁合金，其 主要組成為鈦、鋁和鈮。該合金中鋁含量的范圍為45. 5至49原子％。但該專利同時采用 熔煉和粉末冶金技術(shù)，工序復(fù)雜，成本高。中國專利CN97119996. 5屬于金屬熱處理的技術(shù)領(lǐng)域。特別適用于鈦鋁合金鑄件 的層片狀原始鑄態(tài)組織的均勻化和細(xì)化。該方法是將鈦鋁合金鑄件首先經(jīng)熱等靜壓在α 相區(qū)高溫處理，其次進(jìn)行循環(huán)熱處理和共析溫度等溫處理，最后是進(jìn)行臨界溫度處理。但該 專利同時采用熔煉、熱等靜壓和循環(huán)熱處理技術(shù)，工序復(fù)雜，成本高。中國專利CN200810005963. 5公開一種應(yīng)用于高爾夫球桿頭的鈦鋁合金，其系包 含以重量百分比計88 %至92 %的鈦、7. 5 %至10 %的鋁，延伸率為8 % 16 %。該鈦鋁合金 并可選擇性地添加鈮、釩、鉬、鉻、鐵、硅、氧、氮等微量元素，組成抗拉強(qiáng)度在650 950Mpa 的高延伸率材料，此高延伸率材料運用于高爾夫球桿頭的本體，結(jié)合剛性較佳的6A1-4V-Ti 鈦合金或β合金的擊球面板所形成的高爾夫球桿頭，可達(dá)到具打感佳、制震性及控球性佳 且桿部可調(diào)角予以客制化的高爾夫球頭產(chǎn)品。但該專利選擇性地添加氧、氮等氣體元素，成 分難以控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種強(qiáng)韌性鈦合金及其制備方法。本發(fā)明的強(qiáng)韌性鈦合金，按照重量百分比包括下列成分Α112% 23%，Ru 0. 05% 0. 1%，Sn 2% 4%，Pr 0. 03% 0. 09%, NdO. 05% 0. 2%，其余為 Ti。優(yōu)選地，本發(fā)明的強(qiáng)韌性鈦合金，按照重量百分比包括下列成分A1 20%, Ru 0. 07%, Sn 3%, Pr 0. 06%, Nd 0.09%，其余為 Ti。該鈦合金在基體上分布著彌散的化合物顆粒；本發(fā)明合金各成分及其成分的含量的選擇基于下列理由Al 含量為12% 23% ；用于形成鈦鋁合金的δ相組織；Al含量低于12%，會出 現(xiàn)α相組織影響材料的強(qiáng)度，Al含量高于23%，會出現(xiàn)γ相組織，影響材料的韌性；Ru 含量為0. 05% 0. l%;Ru和Ti、Sn可形成硬質(zhì)復(fù)雜鈦化合物，起耐磨和抵抗 配副的破壞作用，能有效解決鈦合金初始磨損嚴(yán)重的問題，大大提高使用壽命。Ru含量低于 0. 05%,起不到作用，Ru含量高于0. 1 %，Ti、Ru、Sn硬質(zhì)復(fù)雜化合物增多，會降低合金的塑 性和抗拉強(qiáng)度；
Sn 含量為2% 4%;Sn和Ru、Ti可形成硬質(zhì)復(fù)雜鈦化合物，起耐磨和抵抗配副的 破壞作用，能有效解決鈦合金初始磨損嚴(yán)重的問題，大大提高使用壽命。Sn含量低于2%， 起不到作用，Sn含量高于4%，Ti、Ru、Sn硬質(zhì)復(fù)雜化合物增多，會降低合金的塑性和抗拉強(qiáng) 度；Pr 含量為0.03% 0.09% ;Pr和Nd共同作用可加入增加了形核核心，細(xì)化復(fù)雜 化合物顆粒，改善了合金的韌性。Pr含量低于0. 03%，達(dá)不到效果；Pr含量高于0. 09%，由 于Pr為稀土元素，過多使用，不僅提高材料成本，也會形成一些過量化合物，降低材料的力 學(xué)性能；Nd:含量為0.05% 0.2% ；Nd和Pr共同作用可加入增加了形核核心，細(xì)化復(fù)雜 化合物顆粒，改善了合金的韌性。Nd含量低于0.05%，達(dá)不到效果；Nd含量高于0.2%，由 于Nd為稀土元素，過多使用，不僅提高材料成本，也會形成一些過量化合物，降低材料的力 學(xué)性能。本發(fā)明的強(qiáng)韌性鈦合金的制備方法，包括下列步驟1)準(zhǔn)備各組分的原料，Al用鋁錠，Sn用錫塊，Ru用純釕片，Ti用海綿鈦，Pr、Nd分 別用含Pr55%的鐠鐵和含Nd75%的釹鐵，Pr、Nd的原料的顆粒尺寸為3_7mm ；2)將Ti、Ru、Sn、Al的原料加入電爐熔化，熔化溫度為1690_1720°C。將Pr、Nd的 原料放在鈦合金包的底部；3)將熔化好的鈦合金液倒入底部裝有Pr、Nd的原料的包中，吹氬攪拌；當(dāng)包內(nèi)鈦 合金液溫度達(dá)到1690°C時便澆鑄成形，形成鑄態(tài)強(qiáng)韌性鈦合金。本發(fā)明的強(qiáng)韌性鈦合金及其制備方法具有下列技術(shù)效果1、由于選用了適合的成分及其含量，各成分之間共同作用，生產(chǎn)的合金材料性能 好，具有更好的整體強(qiáng)度、硬度以及耐磨性；2、合金制備工藝簡便，生產(chǎn)成本低，非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明實施例1制得的強(qiáng)韌性鈦合金的金相組織。
具體實施例方式實施例1本實施例的強(qiáng)韌性鈦合金按照重量百分比包括下列成分A1為12%，Ru為 0. 05 % %，Sn為2 %，Pr為0. 03 %，Nd為0. 05 %，其余為Ti。該鈦合金在基體上分布著彌 散的化合物顆粒；如圖1所示，該鈦合金在基體上分布著細(xì)小的復(fù)雜化合物。本實施例的強(qiáng)韌性鈦合金的制備，包括下列步驟1)準(zhǔn)備各組分的原料，Al用鋁錠，Sn用錫塊，Ru用純釕片，Ti用海綿鈦，Pr、Nd分 別用含Pr55%的鐠鐵和含Nd75%的釹鐵，Pr、Nd的原料的顆粒尺寸為3_7mm ；2)將Ti、Ru、Sn、Al的原料加入電爐熔化，熔化溫度為1690_1720°C，將Pr、Nd的 原料放在鈦合金包的底部；3)將熔化好的鈦合金液倒入底部裝有Pr、Nd的原料的包中，吹氬攪拌；當(dāng)包內(nèi)鈦 合金液溫度達(dá)到1690°C時便澆鑄成形，形成鑄態(tài)強(qiáng)韌性鈦合金。
實施例2本實施例的強(qiáng)韌性鈦合金按照重量百分比包括下列成分A1為23%，Ru為0. 1 %， Sn為4%，Pr為0. 09%, Nd為0. 2%，其余為Ti。該強(qiáng)韌性鈦合金上帶有細(xì)小而分散的的 晶粒，制備方法參照實施例1。實施例3本實施例的強(qiáng)韌性鈦合金按照重量百分比包括下列成分A1為20%，Ru為 0. 07%，Sn為3%，Pr為0. 06%，Nd為0. 09%，其余為Ti。該強(qiáng)韌性鈦合金上帶有細(xì)小而 分散的的晶粒，制備方法參照實施例1。對照例1本對照例的強(qiáng)韌性鈦合金按照重量百分比包括下列成分A1為11%，Ru為 0.04%，Sn為1%，Pr為0.02%，Nd為0.04%，其余為Ti。制備方法參照實施例1。對照例2本對照例的強(qiáng)韌性鈦合金按照重量百分比包括下列成分A1為24%，Ru為0. 2%， Sn為5%，Pr為0. 1%，Nd為0. 3%，其余為Ti。制備方法參照實施例1。實施例4比較背景技術(shù)、對照例和實施例中的強(qiáng)韌性鈦合金的抗拉強(qiáng)度和伸長率，其結(jié)果 如表1所示表1合金性能對照 從上表可以看出，實施例1-3的強(qiáng)韌性鈦合金的抗拉強(qiáng)度和伸長率，都要優(yōu)于對 照例和背景技術(shù)，本發(fā)明的強(qiáng)韌性鈦合金具有更好的合金性能。
權(quán)利要求
一種強(qiáng)韌性鈦合金，其特征在于，按照重量百分比包括下列成分Al12％～23％，Ru 0.05％～0.1％，Sn 2％～4％，Pr 0.03％～0.09％，Nd 0.05％～0.2％，其余為Ti。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)韌性鈦合金，其特征在于，按照重量百分比包括下列成分 Al 20%, Ru 0. 07%, Sn 3%, Pr 0. 06%, Nd 0.09%，其余為 Ti。
3 .一種強(qiáng)韌性鈦合金的制備方法，其特征在于，包括下列步驟1)準(zhǔn)備各組分的原料，Al用鋁錠，Sn用錫塊，Ru用純釕片，Ti用海綿鈦，Pr、Nd分別用 含Pr55%的鐠鐵和含Nd75%的釹鐵，Pr、Nd原料的顆粒尺寸為3_7mm ；2)將Ti、Ru、Sn、Al的原料加入電爐熔化，熔化溫度為1690_1720°C，將Pr、Nd的原料 放在鈦合金包的底部；3)將熔化好的鈦合金液倒入底部裝有Pr、Nd的原料的包中，吹氬攪拌；當(dāng)包內(nèi)鈦合金 液溫度達(dá)到1690°C時便澆鑄成形，形成鑄態(tài)強(qiáng)韌性鈦合金。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種強(qiáng)韌性鈦合金，按照重量百分比包括下列成分Al 12％～23％，Ru 0.05％～0.1％，Sn 2％～4％，Pr 0.03％～0.09％，Nd 0.05％～0.2％，其余為Ti。本發(fā)明還提供了一種強(qiáng)韌性鈦合金的制備方法。本發(fā)明的強(qiáng)韌性鈦合金及其制備方法具有下列技術(shù)效果1、由于選用了適合的成分及其含量，各成分之間共同作用，生產(chǎn)的合金材料性能好，具有更好的整體強(qiáng)度、硬度以及耐磨性；2、合金制備工藝簡便，生產(chǎn)成本低，非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C22C1/02GK101886190SQ20101022656
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
發(fā)明者王玲, 趙浩峰, 郭勝利 申請人:南京信息工程大學(xué)