一種Ti-6Al-4V改進(jìn)型鈦合金及其加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Ti-6A1-4V改進(jìn)型鈦合金及其加工方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦合金作為一種輕金屬合金材料，具有比強(qiáng)度高、高比模量、高韌性、耐腐蝕等一 系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)件及其航空發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)制造，且隨著航空航天器設(shè) 計(jì)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)高性能鈦合金的需求量也越來(lái)越大，航空航天飛行器中鈦合金的用量已 經(jīng)成為衡量其先進(jìn)程度的重要標(biāo)志之一。
[0003] Ti-6A1-4V鈦合金最初由美國(guó)在1954年首先研制成功，目前已經(jīng)發(fā)展成為一種國(guó) 際性的鈦合金，是目前人們對(duì)其研宄最為全面、最為深入的鈦合金。在航空、航天、民用等工 業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，目前占鈦合金產(chǎn)量的一半以上。該合金具有良好的工藝塑性和超塑 性，合金a+0/0轉(zhuǎn)變溫度980°C?10KTC，長(zhǎng)期工作溫度可達(dá)400°C。
[0004] 1973年開(kāi)始，我國(guó)為配合渦扇-8航空發(fā)動(dòng)機(jī)Ti-6A1-4V鈦合金葉片的研制工作， 開(kāi)始了該合金的仿制與工程應(yīng)用研宄，我國(guó)仿制后命名牌號(hào)TC4。目前我國(guó)已經(jīng)采用該合金 制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的梁、框、起落架、緊固件，以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤(pán)、機(jī)匣、葉片等， 航天飛行器壓力容器、結(jié)構(gòu)件等，同時(shí)也大量用于其它各工業(yè)行業(yè)中，如醫(yī)用鈦合金、化工 用鈦合金等。
[0005] 新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的服役壽命較上一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的有較大幅度的提升，同時(shí) 其推重比進(jìn)一步增加（推重比由過(guò)去的5?8,提升到10以上），對(duì)其部件的強(qiáng)度以及高 周疲勞壽命提出了更高的要求，特別是作為主要轉(zhuǎn)動(dòng)件的壓氣機(jī)部件性能要求進(jìn)一步提 高。航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)（含風(fēng)扇部分）部件主要使用鈦合金材料制造，其低壓壓氣機(jī)（含 風(fēng)扇）部件等一般使用Ti-6A1-4V鈦合金制造，目前普通的Ti-6A1-4V鈦合金由于強(qiáng)度和 高周疲勞性能較低，滿足不了新一代推重比10以上的航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造及服役需求，普 通Ti-6A1-4V鈦合金化學(xué)成分、室溫力學(xué)性能、高溫力學(xué)性能以及高周疲勞性能指標(biāo)見(jiàn)表 1-1、1-2、1-3、1-4,目前普通Ti-6A1-4V合金中的氧含量正常不高于0. 15%，F(xiàn)e含量正常不 高于0. 05 %，都作為雜質(zhì)元素控制。
[0006] 表1-1國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3620. 1-2007中規(guī)定普通Ti-6A1-4V鈦合金化學(xué)成分范圍
[0007]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Ti-6A^4V改進(jìn)型鐵合金，其特征在于，該合金的化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包 括 5. 8 ?6. 8 % 的 A1，3. 8 ?4. 6 % 的 V，0. 02 ?0. 45 % 的 Fe，0. 17 ?0. 26 % 的 0,小于等于 0. 08 %的C，小于等于0. 05 %的N，小于等于0. 008 %的H，其余為T(mén)i。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti-6A^4V改進(jìn)型鐵合金，其特征在于，該合金的化學(xué)成分 按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包括5. 8?6. 8 %的A1，3. 8?4. 6 %的V，0. 02?0. 45 %的Fe，0. 17? 0. 26 %的0,大于0且小于等于0. 08 %的C，大于0且小于等于0. 05 %的N，大于0且小于等 于0.008%的H，其余為T(mén)i。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Ti-6A1-4V改進(jìn)型鐵合金，其特征在于，所述該合金的原 料為海綿鐵、A1-V中間合金、純金屬A1、純金屬化和Ti2〇,或該合金的原料為海綿鐵、A1-V 中間合金、純金屬A1、Ti-Fe中間合金和Ti2〇。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti-6A1-4V改進(jìn)型鐵合金，其特征在于，所述該合金的室溫力 學(xué)性能為；初生 a 相含量>30%，〇b> 935N/mm2, 〇u 2> 855N/mm2, Ss>8%，1]) >20%， aKu> 25J，皿(d) > 3. 30mm ;所述該合金的室溫高周旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞性能指標(biāo)為：加載應(yīng)力為 460N/mm2,循環(huán)周次> 2X106。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti-6A1-4V改進(jìn)型鐵合金，其特征在于，所述該合金的400°C 力學(xué)性能指標(biāo)為；初生a相含量>30%，〇b> 620N/mm2, 65^12% 1]) >40%，持久應(yīng)力 為570N/mm2,持久時(shí)間> lOOh。
6. -種如權(quán)利要求3所述的Ti-6A1-4V改進(jìn)型鐵合金的加工方法，其特征在于，包括W 下步驟： 1) 配料及電極壓制；按照名義成分Ti-6. 2A^4. 1V-0. 2化-0. 220將海綿鐵、A1-V中間 合金、純金屬A1、純金屬化和Ti2〇進(jìn)行混料，或?qū)⒑＞d鐵、A1-V中間合金、純金屬Al、Ti-Fe 中間合金和Ti2〇進(jìn)行混料，然后通過(guò)壓力機(jī)及模具將其壓制為電極塊； 2) 電極制備；將電極組焊為長(zhǎng)條狀電極； 3) 將電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行烙煉獲得一次錠； 4) 將一次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次烙煉獲得二次錠； 5) 將二次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行=次烙煉獲得成品鑄錠； 6) 烙煉完成后冷卻到200°C W下出爐，得到Ti-6A^4V改進(jìn)型鐵合金。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的Ti-6A1-4V改進(jìn)型鐵合金的加工方法，其特征在于，所述步驟 2) 中組焊是通過(guò)真空等離子焊、氣氣保護(hù)等離子焊或真空電子束焊實(shí)現(xiàn)的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的Ti-6A1-4V改進(jìn)型鐵合金的加工方法，其特征在于，所述步驟 3) 中烙煉電流為5?20KA，烙煉電壓為25?45V。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的Ti-6A1-4V改進(jìn)型鐵合金的加工方法，其特征在于，所述步驟 4) 中烙煉電流5?25KA，烙煉電壓為25?50V。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的Ti-6A^4V改進(jìn)型鐵合金的加工方法，其特征在于，所述步 驟5)中烙煉電流6?35KA，烙煉電壓為25?55V。
【專利摘要】一種Ti-6Al-4V改進(jìn)型鈦合金及其加工方法，該合金的化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包括5.8～6.8％的Al，3.8～4.6％的V，0.02～0.45％的Fe，0.17～0.26％的O，小于等于0.08％的C，小于等于0.05的N，其余為T(mén)i。本發(fā)明加工得到的TC4G(Ti-6.2Al-4.1V-0.2Fe-0.22O)鈦合金的室溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度、高周疲勞性能等性能明顯高于目前使用的普通TC4鈦合金，同時(shí)TC4G鈦合金的塑性、沖擊等性能與普通TC4鈦合金在一個(gè)數(shù)量級(jí)別，能夠滿足新一代推重比10以上航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)(風(fēng)扇)部件的設(shè)計(jì)制造需求。
【IPC分類】C22C14-00, C22C1-03
【公開(kāi)號(hào)】CN104532060
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410814125
【發(fā)明人】張利軍, 張晨輝, 薛祥義, 李金山, 劉娣, 郭凱
【申請(qǐng)人】西安西工大超晶科技發(fā)展有限責(zé)任公司
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月22日