本發(fā)明涉及一種鈦合金及其型材制備方法，特別是涉及一種低釩低鉬、超低釩超低鉬或無釩無鉬的單相態(tài)鈦合金及其型材制備方法，應(yīng)用于低成本鈦合金材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

40%以上。因此，使用廉價的Fe、Mn等合金元素代替較為昂貴的V、Nb、Mo等合金元素，強化鈦合金的性能具有重要的發(fā)展前景。例如美國Timet公司為取代高價的Ti-6Al-4V合金，以Fe 作為合金元素開發(fā)了低成本高強汽車用鈦合金Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si(Timetal 62S)，用Fe完全取代了V，性能卻優(yōu)于Ti-6Al-4V合金，退火狀態(tài)下的屈服強度可達896-965Mpa。但該材料冷加工變形率差，不適合冷加工成型。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種含F(xiàn)e、Cr、Zr合金元素的 β 鈦合金及其板材和棒材的制備方法，使用了廉價的合金元素Fe、Cr、Zr作為鈦合金的強化元素，本發(fā)明 β 鈦合金的室溫強度不低于1000Mpa，利用本發(fā)明可以進一步擴大 β 鈦合金的使用范圍。

為達到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種含F(xiàn)e、Cr、Zr合金元素的 β 鈦合金，其組分的質(zhì)量百分數(shù)為：3.0-5.0wt%的鋁、1.5-2.5wt%的鐵、7.0-10.0wt%的鉻、1.5-2.5wt%的鋯，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，其組分的質(zhì)量百分數(shù)為：3.99-4.11wt%的鋁、2.00-2.11wt%的鐵、7.89-9.00wt%的鉻、1.98-2.10wt%的鋯、0-0.05wt%的氧、0-0.001wt%的氮、0-0.001wt%的碳、0-0.001wt%的氫，余量為鈦。

作為本發(fā)明進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，其組分的質(zhì)量百分數(shù)為：4.0wt%的鋁、2.0wt%的鐵、9.0wt%的鉻、2.0wt%的鋯、0.04-0.05wt%的氧、0-0.001wt%的氮、0-0.001wt%的碳、0-0.001wt%的氫，余量為鈦。

一種含F(xiàn)e、Cr、Zr合金元素的 β 鈦合金的板材制備方法，將海綿鈦、純鋁、純鐵、純鉻，純鋯進行配料，按照下述原料組分的質(zhì)量百分數(shù)，進行原料組分材料稱量：3.0-5.0wt%的鋁、1.5-2.5wt%的鐵、7.0-10.0wt%的鉻、1.5-2.5wt%的鋯，其它原料主要為鈦，將完成配料后的各原料組分材料置入箱式電阻爐中，在箱式電阻爐中，對各原料組分材料進行預(yù)處理，在120-150℃的預(yù)處理溫度下保溫10-12 h，然后再將各原料組分材料置于分瓣式水冷銅坩堝中，反復(fù)熔煉3-5次制成鑄錠，再將所得鑄錠加熱到800-840℃，在橫列式軋機上將鑄錠軋制成厚度為6-8mm的 β 鈦合金板材。優(yōu)選采用真空退火的熱處理方式對所制備的 β 鈦合金板材進行軋制后熱處理，控制退火溫度為620-640℃，保溫時間為1.5-2.5h，冷卻方式為空冷。

一種含F(xiàn)e、Cr、Zr合金元素的 β 鈦合金的棒材制備方法，將海綿鈦、純鋁、純鐵、純鉻，純鋯進行配料，按照下述原料組分的質(zhì)量百分數(shù)，進行原料組分材料稱量：3.0-5.0wt%的鋁、1.5-2.5wt%的鐵、7.0-10.0wt%的鉻、1.5-2.5wt%的鋯，其它原料主要為鈦，將完成配料后的各原料組分材料混合后采用擠壓法制成電極塊，然后在真空等離子箱內(nèi)焊接成真空電極，然后通過3-5次真空自耗電極電弧熔煉制成鑄錠，鑄錠在1050-1150℃溫度下經(jīng)過開坯鍛造成直徑Φ40-50 mm的軋制棒坯，然后棒坯加熱到800-840℃，在橫列式軋機上軋制成直徑Φ18-20 mm的 β 鈦合金棒材。優(yōu)選采用真空退火的熱處理方式對所制備的 β 鈦合金棒材進行軋制后熱處理，控制退火溫度為620-640℃，保溫時間為1.5-2.5 h，冷卻方式為空冷。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點：

1. 本發(fā)明制備的 β 鈦合金含有Fe、Cr、Zr合金元素，代替?zhèn)鹘y(tǒng)含鉬和釩的鈦合金，成本顯著降低，適用于更多對材料成本敏感的應(yīng)用領(lǐng)域，本發(fā)明 β 鈦合金的室溫強度不低于1000Mpa，力學(xué)性能與傳統(tǒng)鈦合金Ti-6Al-4V相當(dāng)，但成本相比Ti-6Al-4V顯著降低，提高了性價比，利用本發(fā)明 β 鈦合金能進一步擴大 β 鈦合金的使用范圍，對鈦合金市場的拓展具有重要意義。

2. 本發(fā)明制備的 β 鈦合金的退火后的合金組織為純 β 相，且其屈服強度比Ti-6Al- 1.7Fe-0.1Si(Timetal 62S)更高，本發(fā)明制備的 β 鈦合金克服了Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si(Timetal 62S) 材料冷加工變形率差的缺陷，適合冷加工成型。

具體實施方式

本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳述如下：

實施例一：

在本實施例中，一種含F(xiàn)e、Cr、Zr合金元素的β鈦合金，其合金組分的質(zhì)量百分數(shù)為：3.99wt%的鋁、2.03wt%的鐵、8.02wt%的鉻、1.98wt%的鋯、0.05wt%的氧、0.001wt%的氮、0.001wt%的碳、0.001wt%的氫，余量為鈦。

本實施例含F(xiàn)e、Cr、Zr合金元素的 β 鈦合金的板材制備方法，首先將海綿鈦、純鋁、純鐵、純鉻，純鋯進行配料，按照下述原料組分的質(zhì)量百分數(shù)，進行原料組分材料稱量：3.99wt%的鋁、2.03wt%的鐵、8.02wt%的鉻、1.98wt%的鋯，其它原料為鈦，將完成配料后的各原料組分材料置入箱式電阻爐中，在箱式電阻爐中，對各原料組分材料進行預(yù)處理，在150℃的預(yù)處理溫度下保溫12 h，然后再將各原料組分材料置于分瓣式水冷銅坩堝中，反復(fù)熔煉4次制成鑄錠，再將所得鑄錠加熱到820℃，在橫列式軋機上將鑄錠軋制成厚度為6-8mm的 β 鈦合金板材；然后采用真空退火的熱處理方式對所制備的 β 鈦合金板材按表2的熱處理制度進行軋制后熱處理，控制退火溫度為640℃，保溫時間為2 h，冷卻方式為空冷，最終制成β鈦合金板材的標準樣品，其合金組分含量見表1。然后參照GB/T228.1-2010，對β鈦合金板材的標準樣品進行室溫力學(xué)性能實驗測試，其力學(xué)性能測量結(jié)果見表2。

本實施例制備的 β 鈦合金板材的室溫抗拉強度大于1000Mpa，力學(xué)性能與傳統(tǒng)鈦合金Ti-6Al-4V相當(dāng)，冷加工變形率優(yōu)于Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si(Timetal 62S)，適合冷加工成型，利用本實施例制備的β鈦合金能進一步擴大 β 鈦合金的使用范圍。

實施例二：

本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于：

在本實施例中，一種含F(xiàn)e、Cr、Zr合金元素的β鈦合金，其合金組分的質(zhì)量百分數(shù)為：4.0wt%的鋁、2.0wt%的鐵、9.0wt%的鉻、2.0wt%的鋯、0.05wt%的氧、0.001wt%的氮、0.001wt%的碳、0.001wt%的氫，余量為鈦。

本實施例含F(xiàn)e、Cr、Zr合金元素的 β 鈦合金的板材制備方法，首先將海綿鈦、純鋁、純鐵、純鉻，純鋯進行配料，按照下述原料組分的質(zhì)量百分數(shù)，進行原料組分材料稱量：4.0wt%的鋁、2.0wt%的鐵、9.0wt%的鉻、2.0wt%的鋯，其它原料為鈦，將完成配料后的各原料組分材料置入箱式電阻爐中，在箱式電阻爐中，對各原料組分材料進行預(yù)處理，在150℃的預(yù)處理溫度下保溫12 h，然后再將各原料組分材料置于分瓣式水冷銅坩堝中，反復(fù)熔煉4次制成鑄錠，再將所得鑄錠加熱到820℃，在橫列式軋機上將鑄錠軋制成厚度為6-8mm的 β 鈦合金板材；然后采用真空退火的熱處理方式對所制備的 β 鈦合金板材按表4的熱處理制度進行軋制后熱處理，控制退火溫度為640℃，保溫時間為2 h，冷卻方式為空冷，最終制成 β 鈦合金板材的標準樣品，其合金組分含量見表3。然后參照GB/T228.1-2010，對 β 鈦合金板材的標準樣品進行室溫力學(xué)性能實驗測試，其力學(xué)性能測量結(jié)果見表4。

本實施例制備的 β 鈦合金板材的室溫抗拉強度大于1000Mpa，力學(xué)性能與傳統(tǒng)鈦合金Ti-6Al-4V相當(dāng)，冷加工變形率優(yōu)于Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si(Timetal 62S)，適合冷加工成型，利用本實施例制備的β鈦合金能進一步擴大 β 鈦合金的使用范圍。

實施例三：

本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于：

在本實施例中，一種含F(xiàn)e、Cr、Zr合金元素的 β 鈦合金，其合金組分的質(zhì)量百分數(shù)為：4.11wt%的鋁、2.11wt%的鐵、7.89wt%的鉻、2.10wt%的鋯、0.04wt%的氧、0.001wt%的氮、0.001wt%的碳、0.001wt%的氫，余量為鈦。

實施例含F(xiàn)e、Cr、Zr合金元素的 β 鈦合金的棒材制備方法，其特征在于，將海綿鈦、純鋁、純鐵、純鉻，純鋯進行配料，按照下述原料組分的質(zhì)量百分數(shù)，進行原料組分材料稱量：4.11wt%的鋁、2.11wt%的鐵、7.89wt%的鉻、2.10wt%的鋯，其它原料為鈦，將完成配料后的各原料組分材料混合后采用擠壓法制成電極塊，然后在真空等離子箱內(nèi)焊接成真空電極，然后通過4次真空自耗電極電弧熔煉制成鑄錠，鑄錠在1100℃溫度下經(jīng)過開坯鍛造成直徑為Φ45mm的軋制棒坯，然后棒坯加熱到820℃，在橫列式軋機上軋制成直徑為Φ20mm的 β鈦合金棒材；然后采用真空退火的熱處理方式對所制備的 β 鈦合金棒材按表6的熱處理制度進行軋制后熱處理，控制退火溫度為640℃，保溫時間為2 h，冷卻方式為空冷，最終制成 β 鈦合金棒材的標準樣品，其合金組分含量見表5。然后參照GB/T228.1-2010，對 β 鈦合金棒材的標準樣品進行室溫力學(xué)性能實驗測試，其力學(xué)性能測量結(jié)果見表6。

本實施例制備的 β 鈦合金棒材的室溫抗拉強度大于1000Mpa，力學(xué)性能與傳統(tǒng)鈦合金Ti-6Al-4V相當(dāng)，冷加工變形率優(yōu)于Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si(Timetal 62S)，適合冷加工成型，利用本實施例制備的 β 鈦合金能進一步擴大 β 鈦合金的使用范圍。

實施例四：

本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于：

在本實施例中，一種含F(xiàn)e、Cr、Zr合金元素的 β 鈦合金，其合金組分的質(zhì)量百分數(shù)為：4.0wt%的鋁、2.0wt%的鐵、9.0wt%的鉻、2.0wt%的鋯、0.04wt%的氧、0.001wt%的氮、0.001wt%的碳、0.001wt%的氫，余量為鈦。

實施例含F(xiàn)e、Cr、Zr合金元素的 β 鈦合金的棒材制備方法，其特征在于，將海綿鈦、純鋁、純鐵、純鉻，純鋯進行配料，按照下述原料組分的質(zhì)量百分數(shù)，進行原料組分材料稱量：4.0wt%的鋁、2.0wt%的鐵、9.0wt%的鉻、2.0wt%的鋯，其它原料為鈦，將完成配料后的各原料組分材料混合后采用擠壓法制成電極塊，然后在真空等離子箱內(nèi)焊接成真空電極，然后通過4次真空自耗電極電弧熔煉制成鑄錠，鑄錠在1100℃溫度下經(jīng)過開坯鍛造成直徑為Φ45mm的軋制棒坯，然后棒坯加熱到820℃，在橫列式軋機上軋制成直徑為Φ20mm的 β 鈦合金棒材；然后采用真空退火的熱處理方式對所制備的 β 鈦合金棒材按表8的熱處理制度進行軋制后熱處理，控制退火溫度為640℃，保溫時間為2 h，冷卻方式為空冷，最終制成 β 鈦合金棒材的標準樣品，其合金組分含量見表7。然后參照GB/T228.1-2010，對 β 鈦合金棒材的標準樣品進行室溫力學(xué)性能實驗測試，其力學(xué)性能測量結(jié)果見表8。

本實施例制備的 β 鈦合金棒材的室溫抗拉強度大于1000Mpa，力學(xué)性能與傳統(tǒng)鈦合金Ti-6Al-4V相當(dāng)，冷加工變形率優(yōu)于Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si(Timetal 62S)，適合冷加工成型，利用本實施例制備的β鈦合金能進一步擴大 β 鈦合金的使用范圍。

上面對本發(fā)明實施例進行了說明，但本發(fā)明不限于上述實施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明含F(xiàn)e、Cr、Zr合金元素的 β 鈦合金及其板材和棒材的制備方法的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護范圍。