一種損傷容限中強鈦合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鐵合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種損傷容限中強鐵合金。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前世界上用量最大的鐵合金是20世紀50年代前美國率先研發(fā)的Ti-6A1-4V鐵合 金，占到整個鐵合金用量的50% W上。前蘇聯(lián)在20世紀60年代末70年代初針對該合金研發(fā) 了自己的Ti-6Al-2Zr-lM〇-lV鐵合金，并在俄鐵工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用。但上述兩種主力鐵合 金均含有對人體有害的元素饑。發(fā)展我國損傷容限鐵合金體系和開發(fā)新型的不含易氧化元 素和對人體有害元素且要求制備及力學(xué)性能與美國Ti-6A1-4V ELI合金相當(dāng)?shù)闹袕婅F合金 是大趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種損傷容限中 強鐵合金。該中強鐵合金中不含對人體有害的元素饑，加入了不易氧化的元素妮，總體上原 材料成本沒有明顯增加，但是材料性能更加穩(wěn)定，提高了材料應(yīng)用的安全性和可靠性，中強 鐵合金在退火狀態(tài)下的室溫抗拉強度為900M化~lOOOMPa，屈服強度為800M化~900MPa，室 溫斷裂初性Kic^OMPa · ml/2,當(dāng)應(yīng)力比R = 0.1且應(yīng)力強度因子AK = llMPa · ml/咐，室溫疲 勞裂紋擴展速率da/dN<3.5X10-5mm/巧cle，綜合性能優(yōu)于廣泛使用的美國Ti-6Al-4VELI 合金。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種損傷容限中強鐵合金，其特 征在于，由W下質(zhì)量百分含量的成分組成：侶5.5%~7.0%，錯2.0%~3.5%，鋼2.0%~ 3.5%，妮2.0%~3.5%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì);所述損傷容限中強鐵合金在退火狀 態(tài)下的室溫抗拉強度為900M化~lOOOMPa，室溫斷裂初性Kic ^OMPa · ml/2，當(dāng)R=0.1且Δ K =1 IMPa · ml/2時，室溫疲勞裂紋擴展速率da/dN。. 5 X 1〇-5臟/巧cle。
[0005] 上述的一種損傷容限中強鐵合金，其特征在于，由W下質(zhì)量百分含量的成分組成： 侶5.6%~6.9%，錯2.05%~3.45%，鋼2.3%~3.4%，妮2.27%~3.35%，余量為鐵和不 可避免的雜質(zhì)。
[0006] 上述的一種損傷容限中強鐵合金，其特征在于，由W下質(zhì)量百分含量的成分組成： 侶6.7%，錯2.82%，鋼3.01 %，妮3.05%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0007] 上述的一種損傷容限中強鐵合金，其特征在于，由W下質(zhì)量百分含量的成分組成： 侶6.0%，錯2.60%，鋼2.93%，妮2.70%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0008] 上述的一種損傷容限中強鐵合金，其特征在于，由W下質(zhì)量百分含量的成分組成： 侶6.6%，錯2.05%，鋼2.70%，妮2.77%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0009] 上述的一種損傷容限中強鐵合金，其特征在于，由W下質(zhì)量百分含量的成分組成： 侶5.6%，錯3.45%，鋼3.40%，妮3.35%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0010] 上述的一種損傷容限中強鐵合金，其特征在于，由W下質(zhì)量百分含量的成分組成： 侶6.9%，錯3.05%，鋼2.30%，妮2.27%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0011] 上述的一種損傷容限中強鐵合金，其特征在于，所述鐵合金中不可避免的雜質(zhì)的 質(zhì)量百分含量依次為：鐵<0.05%，碳<0.02%，氮< 0.008%，氧<0.16%，氨< 0.009%， 娃< 0.04%，其他雜質(zhì)元素含量均不大于0.10%。
[0012] 上述的一種損傷容限中強鐵合金，其特征在于，所述其他雜質(zhì)元素為饑、儀、銘、儘 和銅。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有W下優(yōu)點：
[0014] 1、本發(fā)明的中強鐵合金中不含對人體有害的元素饑，加入了不易氧化的元素妮， 總體上原材料成本沒有明顯增加，但是材料性能更加穩(wěn)定，提高了材料應(yīng)用的安全性和可 靠性。
[0015] 2、本發(fā)明的中強鐵合金W鐵為主體元素，Wa相穩(wěn)定元素侶、中性元素錯、β相穩(wěn)定 元素鋼和妮為合金元素，其中α相穩(wěn)定元素侶能顯著提高鐵合金的（α+β)-β相變溫度，顯著 提高α相與β相的室、高溫強度、提高鐵合金的抗高溫氧化性，中性元素錯能夠提高鐵合金的 熱強性、不降低其室溫塑性，錯在α相與β相中均可形成無限固溶體，在合金冷卻過程中，對0 相向〇'馬氏體相的轉(zhuǎn)變具有一定的抑制作用，是鐵合金中的調(diào)和劑，β穩(wěn)定元素鋼和妮均能 夠降低(α+β)-β相變溫度，擴大熱加工窗口、增加鐵合金的可熱處理性，適當(dāng)提高α相與β相 的強度、提高鐵合金的抗高溫氧化性，提高鐵合金的耐酸腐蝕性，妮具有較弱的β相穩(wěn)定作 用，但可潤滑"鐵合金中其他騎I定元素，避免其他騎I定元素帶來的負面影響。
[0016] 3、本發(fā)明的中強鐵合金在退火狀態(tài)下的室溫抗拉強度為900MPa~lOOOMPa，屈服 強度為800M化~900MPa，室溫斷裂初性Kic>70MPa · ml/2,當(dāng)應(yīng)力比R = 0.1且應(yīng)力強度因子 Δ Κ= 1 IMPa · ml/2時，室溫疲勞裂紋擴展速率da/dN。. 5 X l〇-5mm/cycle，綜合性能優(yōu)于廣 泛使用的美國Ti-6A1-4VELI合金。
[0017] 4、本發(fā)明的中強鐵合金的制備方法簡單，按照常規(guī)鐵合金制備方法即可制得。
[0018] 下面通過實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
【具體實施方式】 [0019]實施例1
[0020] 本實施例的損傷容限中強鐵合金由W下質(zhì)量百分含量的成分組成：侶6.7%，錯 2.82%，鋼3.01 %，妮3.05%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0021] 本實施例的鐵合金的制備方法為:按照鐵合金的成分烙煉制備侶鋼中間合金和侶 妮中間合金，然后將海綿錯、海綿鐵、侶鋼中間合金和侶妮中間合金混合均勻壓制電極，按 常規(guī)方法經(jīng)Ξ次真空自耗電弧爐烙煉得到鐵合金鑄錠。經(jīng)檢測:本實施例的鐵合金中不可 避免的雜質(zhì)的質(zhì)量百分含量滿足W下條件：鐵<0.05%，碳<0.02%，氮< 0.008%，氧< 0.16%，氨< 0.009%，娃< 0.04%，其他雜質(zhì)元素含量均不大于0.10%，所述其他雜質(zhì)元素 為饑、儀、銘、車孟和銅。
[0022] 將本實施例制備的鐵合金鑄錠依次經(jīng)開巧鍛造、中間鍛造和成品鍛造等常規(guī)鐵合 金加工工藝，制備成鐵合金棒材。將制備的鐵合金棒材在750°C退火60min后空冷，然后測量 退火后的中強鐵合金的室溫抗拉強度Rm、屈服強度RpO.2、塑性延伸率As、面縮率Z、斷裂初性 Kic和室溫疲勞裂紋擴展速率da/dN(應(yīng)力比R = 0.1且應(yīng)力強度因子A Κ = 1 IMPa · ml/2)，結(jié)果 見表1和表2。
[0023] 實施例2
[0024] 本實施例的損傷容限中強鐵合金由W下質(zhì)量百分含量的成分組成：侶6.0%，錯 2.60%，鋼2.93%，妮2.70%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0025] 本實施例的鐵合金的制備方法為:按照鐵合金的成分烙煉制備侶鋼中間合金和侶 妮中間合金，然后將海綿錯、海綿鐵、侶鋼中間合金和侶妮中間合金混合均勻壓制電極，按 常規(guī)方法經(jīng)Ξ次真空自耗電弧爐烙煉得到鐵合金鑄錠。經(jīng)檢測:本實施例的鐵合金中不可 避免的雜質(zhì)的質(zhì)量百分含量滿足W下條件：鐵<0.05%，碳<0.02%，氮< 0.008%，氧< 0.16%，氨< 0.009%，娃< 0.04%，其他雜質(zhì)元素含量均不大于0.10%，所述其他雜質(zhì)元素 為饑、儀、銘、車孟和銅。
[0026] 將本實施例制備的鐵合金鑄錠依次經(jīng)開巧鍛造、中間鍛造和成品鍛造等常規(guī)鐵合 金加工工藝，制備成鐵合金棒材。將制備的鐵合金棒材在750°C退火60min后空冷，然后測量 退火后的中強鐵合金的室溫抗拉強度Rm、屈服強度RpO.2、塑性延伸率As、面縮率Z、斷裂初性 Kic和室溫疲勞裂紋擴展速率da/dN(應(yīng)力比R = 0.1且應(yīng)力強度因子A Κ = 1 IMPa · ml/2)，結(jié)果 見表1和表2。
[0027] 實施例3
[00%]本實施例的損傷容限中強鐵合金由W下質(zhì)量百分含量的成分組成：侶6.6%，錯 2.05%，鋼2.70%，妮2.77%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0029] 本實施例的鐵合金的制備方法為:按照鐵合金的成分烙煉制備侶鋼中間合金和侶 妮中間合金，然后將海綿錯、海綿鐵、侶鋼中間合金和侶妮中間合金混合均勻壓制電極，按 常規(guī)方法經(jīng)Ξ次真空自耗電弧爐烙煉得到鐵合金鑄錠。經(jīng)檢測:本實施例的鐵合金中不可 避免的雜質(zhì)的質(zhì)量百分含量滿足W下條件：鐵<0.05%，碳<0.02%，氮< 0.008%，氧< 0.16%，氨< 0.009%，娃< 0.04%，其他雜質(zhì)元素含量均不大于0.10%，所述其他雜質(zhì)元素 為饑、儀、銘、車孟和銅。
[0030] 將本實施例制備的鐵合金鑄錠依次經(jīng)開巧鍛造、中間鍛造和成品鍛造等常規(guī)鐵合 金加工工藝，制備成鐵合金棒材。將制備的鐵合金棒材在750°C退火60min后空冷，然后測量 退火后的中強鐵合金的室溫抗拉強度Rm、屈服強度RpO.2、塑性延伸率As、面縮率Z、斷裂初性 Kic和室溫疲勞裂紋擴展速率da/dN(應(yīng)力比R = 0.1且應(yīng)力強度因子A Κ = 1 IMPa