本發(fā)明屬于材料科學(xué)，尤其涉及一種高強韌鈦合金及其熱處理方法。

背景技術(shù)：

1、目前國內(nèi)外應(yīng)用最成熟、最廣泛的高強韌鈦合金為tc18和tb6兩種鈦合金。前者也稱bt22鈦合金，強度級別1080?mpa，延伸率不低于6%，斷裂韌度在60?mp·m1/2以上。后者也稱ti-1023鈦合金，其強度水平1100?mpa，延伸率不低于6%，斷裂韌度同為60?mp·m1/2。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，為了滿足新的航空飛行器性能要求，國內(nèi)外都致力于開發(fā)出新的高強韌鈦合金材料。目前影響力較大能夠代表高強韌鈦合金最新研究的是ti-55531和ti-5553，分別在空客或波音上獲得應(yīng)用，其強度保持在1100?mpa級別，延伸率不低于6%，斷裂韌度分別提升為65?mp·m1/2和70?mp·m1/2?？梢?，提升強度-塑性-韌性的綜合性能是鈦合金追求的永恒目標(biāo)。

2、隨著新一代飛機性能水平、減重目標(biāo)和設(shè)計使用壽命的進一步提高，對鈦合金材料強度要求已經(jīng)突破1100?mpa級，塑性和韌性也追求更高。目前，對于高強韌鈦合金材料和工藝的開發(fā)仍需要一種適用于生產(chǎn)的強度-塑性-韌性優(yōu)良匹配的新型高強韌鈦合金。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種高強韌鈦合金及其熱處理方法。

2、本發(fā)明提供了一種高強韌鈦合金，其成分以質(zhì)量計包括：al?5.8%~6.2%；mo?3.8%~4.2%；v?6.8%~7.2%；nb?1.5%~2.5%；fe?0.8%~1.5%；c≤0.05%；o≤0.13%；n≤0.05%；h≤0.015%；ti余量。

3、本發(fā)明還提供了一種高強韌鈦合金的熱處理方法，包括以下步驟：

4、將鈦合金鍛件通過階梯式升溫至相變溫度+（10~30）℃進行第一次保溫，然后冷卻至670℃~700℃進行第二次保溫，再轉(zhuǎn)移至400℃~450℃的環(huán)境中，升溫至520℃~610℃進行第三次保溫，得到高強韌鈦合金；

5、所述鈦合金鍛件的成分以質(zhì)量計包括：al?5.8%~6.2%；mo?3.8%~4.2%；v?6.8%~7.2%；nb?1.5%~2.5%；fe?0.8%~1.5%；c≤0.05%；o≤0.13%；n≤0.05%；h≤0.015%；ti余量。

6、優(yōu)選的，所述階段式升溫包括第一階段升溫、第二階段升溫與第三階段升溫；所述第一階段升溫至450℃~550℃；第一階段升溫后保溫10~40?min；所述第二階段升溫至800℃~830℃；第二階段升溫后保溫10~40?min；第三階段升溫至相變溫度+（10~30）℃。

7、優(yōu)選的，所述階段式升溫包括第一階段升溫、第二階段升溫與第三階段升溫；所述第一階段升溫至480℃~520℃；第一階段升溫后保溫20~40?min；所述第二階段升溫至800℃~820℃；第二階段升溫后保溫20~40?min；第三階段升溫至相變溫度+（10~30）℃。

8、優(yōu)選的，所述階段式升溫包括第一階段升溫、第二階段升溫與第三階段升溫；所述第一階段升溫至500℃；第一階段升溫后保溫30?min；所述第二階段升溫至810℃；第二階段升溫后保溫30?min；第三階段升溫至相變溫度+（10~30）℃。

9、優(yōu)選的，通過階梯式升溫至相變溫度+（10~15）℃進行第一次保溫。

10、優(yōu)選的，所述第一次保溫的時間為1~2?h；第二次保溫的時間為1~4?h；第三次保溫的時間為3~5?h。

11、優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)移的時間不超過90?s。

12、優(yōu)選的，所述鈦合金鍛件由鈦合金鑄錠經(jīng)相變點上和相變點下“高-低-高”的方法反復(fù)鐓粗和拔長相結(jié)合的工藝進行鑄錠開坯和改鍛，控制相變點上每火次變形量在45%~55%之間，相變點下每火次變形量在35%~45%之間，經(jīng)兩相區(qū)改鍛后得到。

13、本發(fā)明提供的鈦合金有較高的鉬當(dāng)量12.12%，同時加入2%左右的nb和1%左右的fe，綜合效能保證合金具有較高的強度、塑性和韌性。

14、本發(fā)明提供了一種高強韌鈦合金的熱處理方法，所述鈦合金鍛件的成分以質(zhì)量計包括：al?5.8%~6.2%；mo?3.8%~4.2%；v?6.8%~7.2%；nb?1.5%~2.5%；fe?0.8%~1.5%；c≤0.05%；o≤0.13%；n≤0.05%；h≤0.015%；ti余量；所述熱處理包括以下步驟：將鈦合金鍛件通過階梯式升溫至相變溫度+（10~30）℃進行第一次保溫，然后冷卻至670℃~700℃進行第二次保溫，再轉(zhuǎn)移至400℃~450℃的環(huán)境中，升溫至520℃~610℃進行第三次保溫，得到高強韌鈦合金。本發(fā)明提供的鈦合金既有較高的鋁當(dāng)量，又有較高的鉬當(dāng)量，同時nb與fe可以明顯細化鈦合金晶粒度，且添加nb可大大提高合金的塑性和韌性，使合金具有較高的強度、塑性和韌性；同時，根據(jù)合金特點采用特定的強韌化熱處理工藝，鈦合金鍛件在相變點以上加熱再爐冷到一定溫度，獲得一定厚度的片層組織，再快速轉(zhuǎn)爐到更低溫度，過程中析出更細的α相，隨后經(jīng)過時效析出更多次生α相，使鈦合金強度、塑性和韌性綜合性能提升一個新水平。

15、實驗結(jié)果表明，該工藝制備的鈦合金抗拉強度大于1200?mpa，延伸率大于8%，斷裂韌度大于70?mpa·m1/2。

技術(shù)特征：

1.一種高強韌鈦合金，其特征在于，其成分以質(zhì)量計包括：al?5.8%~6.2%；mo?3.8%~4.2%；v?6.8%~7.2%；nb?1.5%~2.5%；fe?0.8%~1.5%；c≤0.05%；o≤0.13%；n≤0.05%；h≤0.015%；ti余量。

2.一種高強韌鈦合金的熱處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱處理方法，其特征在于，所述階段式升溫包括第一階段升溫、第二階段升溫與第三階段升溫；所述第一階段升溫至450℃~550℃；第一階段升溫后保溫10~40?min；所述第二階段升溫至800℃~830℃；第二階段升溫后保溫10~40?min；第三階段升溫至相變溫度+（10~30）℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱處理方法，其特征在于，所述階段式升溫包括第一階段升溫、第二階段升溫與第三階段升溫；所述第一階段升溫至480℃~520℃；第一階段升溫后保溫20~40?min；所述第二階段升溫至800℃~820℃；第二階段升溫后保溫20~40?min；第三階段升溫至相變溫度+（10~30）℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱處理方法，其特征在于，所述階段式升溫包括第一階段升溫、第二階段升溫與第三階段升溫；所述第一階段升溫至500℃；第一階段升溫后保溫30min；所述第二階段升溫至810℃；第二階段升溫后保溫30?min；第三階段升溫至相變溫度+（10~30）℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱處理方法，其特征在于，通過階梯式升溫至相變溫度+（10~15）℃進行第一次保溫。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱處理方法，其特征在于，所述第一次保溫的時間為1~2?h；第二次保溫的時間為1~4?h；第三次保溫的時間為3~5?h。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱處理方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)移的時間不超過90?s。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱處理方法，其特征在于，所述鈦合金鍛件由鈦合金鑄錠經(jīng)相變點上和相變點下“高-低-高”的方法反復(fù)鐓粗和拔長相結(jié)合的工藝進行鑄錠開坯和改鍛，控制相變點上每火次變形量在45%~55%之間，相變點下每火次變形量在35%~45%之間，經(jīng)兩相區(qū)改鍛后得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高強韌鈦合金及其熱處理方法。本發(fā)明提供的鈦合金既有較高的鋁當(dāng)量，又有較高的鉬當(dāng)量，同時Nb與Fe可以明顯細化鈦合金晶粒度，使鈦合金具有較高的強度、塑性和韌性；同時，根據(jù)合金特點采用特定的強韌化熱處理工藝，鈦合金鍛件在相變點以上加熱再爐冷到一定溫度，獲得一定厚度的片層組織，再快速轉(zhuǎn)爐到更低溫度，過程中析出更細的α相，隨后經(jīng)過時效析出更多次生α相，該工藝制備的鈦合金抗拉強度大于1200?MPa，延伸率大于8%，斷裂韌度大于70?MPa·m1/2，使鈦合金強度、塑性和韌性綜合性能提升一個新水平。

技術(shù)研發(fā)人員：王清瑞,黃利軍,張文強
受保護的技術(shù)使用者：中國航發(fā)北京航空材料研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19