一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 4.5％～5.5％，Mo 3％～5％，Cr 2％～4％，Co 1.5％～3％，F(xiàn)e 0.6％～1.5％，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明鈦合金含有少量同晶型β穩(wěn)定元素，以共析型β元素Cr、Co和Fe作為主要β穩(wěn)定元素，該高強(qiáng)鈦合金的熱加工性及淬透性優(yōu)良，強(qiáng)度可在900MPa～1600MPa較寬范圍內(nèi)調(diào)整，具備良好的強(qiáng)塑性匹配，其成本相對(duì)同級(jí)別高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鈦合金較低，滿足多種應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ω邚?qiáng)鈦合金性能的要求。
【專利說(shuō)明】
一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于鈦合金材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多元強(qiáng)化的近β鈦合金，具體涉及一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的近β型及富β的兩相高強(qiáng)鈦合金中，常用的合金化方案為質(zhì)量比3%?5%的α穩(wěn)定元素Al加較多的同晶型β穩(wěn)定元素V或Mo及少量的共析型β穩(wěn)定元素Cr或Fe。典型合金如T1-1023(T1-10V-2Fe-3Al)、T1-15-3(T1-15V-3Sn-3Cr-3Al)、T1-38644(T1-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr)、BT22(T1-5Al-5Mo-5V-lCr-lFe)及近幾年獲得應(yīng)用的新型高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鈦合金T1-5553(T1-5Al-5Mo-5V-3Cr-0.4Fe)和 T1-55531(T1-5Al-5Mo-5V-3Cr-lZr)。一般來(lái)說(shuō)，鈦合金中添加同晶型β穩(wěn)定元素所需的純金屬或中間合金價(jià)格遠(yuǎn)高于海綿鈦，是影響其成本的關(guān)鍵因素。如果能用共析型β穩(wěn)定元素取代同晶型β穩(wěn)定元素成為鈦合金中的主要強(qiáng)化元素，則可以有效降低鈦合金的成本。然而除了 T1-6Al_1.7Fe等少量的近α型鈦合金，高強(qiáng)鈦合金中的β穩(wěn)定化都不能采用純粹的共析β元素，因?yàn)樵跊]有同晶型β穩(wěn)定元素存在的情況下，鈦合金中過多的共析型β穩(wěn)定元素存在將導(dǎo)致合金塑形的急劇降低，以至于無(wú)法應(yīng)用。

【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(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，該鈦合金含有少量同晶型β穩(wěn)定元素，以共析型β元素Cr、Cc^PFe作為主要β穩(wěn)定元素，該高強(qiáng)鈦合金的熱加工性及淬透性優(yōu)良，強(qiáng)度可在900MPa?1600MPa較寬范圍內(nèi)調(diào)整，具備良好的強(qiáng)塑性匹配，其成本相對(duì)同級(jí)別高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鈦合金較低，滿足多種應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ω邚?qiáng)鈦合金性能的要求。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Α14.5%?5.5%，Mo 3%?5%，Cr2%?4%，Co 1.5%?3%，F(xiàn)e 0.6%?1.5%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)，該高強(qiáng)鈦合金經(jīng)退火處理后的室溫抗拉強(qiáng)度為900MPa?1180MPa，經(jīng)固溶時(shí)效處理后的室溫抗拉強(qiáng)度為1200MPa?1600MPa，所述室溫是指溫度為10°C?35°C，所述共析型β穩(wěn)定元素是指元素Cr、Co 和 Fe。
[0005]上述的一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al 4.5%,Mo 3%,Cr 4% ,Co 1.5%,Fe I.5%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
[0006]上述的一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al 5%,Mo 4%,Cr 3% ,Co 3% ,Fe 0.6%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
[0007]上述的一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al 5%,Mo 3.5%,Cr 3.5%,Co 2% ,Fe I.2%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
[0008]上述的一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al 5.5%,Mo 4%,Cr 3% ,Co 3% ,Fe I %，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
[0009]上述的一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al 5.5%,Mo 5%,Cr 2% ,Co 2% ,Fe 0.8%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
[0010]上述的一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al 5%,Mo 4%,Cr 2.5%,Co 2.5%,Fe I%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
[0011]上述的一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，所述雜質(zhì)包括0，所述高強(qiáng)鈦合金中O的質(zhì)量百分含量<0.15%。
[0012]本發(fā)明含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金的制備方法為鈦合金的常規(guī)制備方法:首先根據(jù)需要選擇合適的中間合金與海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極，經(jīng)真空自耗電弧重熔法得到合金鑄錠，合金鑄錠在液壓鍛造機(jī)或鍛錘等自由鍛造設(shè)備上進(jìn)行開坯鍛造，可根據(jù)需要進(jìn)行棒材鍛造、板材乳制、棒絲材乳制等熱加工工藝，成品經(jīng)退火或固溶時(shí)效后使用。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明含有少量同晶型β穩(wěn)定元素，以共析型β元素Cr、Co和Fe作為主要β穩(wěn)定元素，本發(fā)明含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金的熱加工性及淬透性優(yōu)良，強(qiáng)度可在900?1600MPa較寬范圍內(nèi)調(diào)整，具備良好的強(qiáng)塑性匹配，其成本相對(duì)同級(jí)別高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鈦合金較低，滿足多種應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ω邚?qiáng)鈦合金性能的要求。
[0014]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al4.5%?5.5%，Μο 3%?5%，Cr2%?4%，Co 1.5%?3%，F(xiàn)e 0.6%?I.5%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。所述共析型β穩(wěn)定元素為Cr、Co和Fe。所述雜質(zhì)包括0，所述高強(qiáng)鈦合金中O的優(yōu)選質(zhì)量百分含量< 0.15%。所涉及的中間合金包括招鉬合金、鉬粉、金屬絡(luò)、金屬鈷、絡(luò)鐵合金、招?等，所使用的海綿欽為O級(jí)或I級(jí)。制備本發(fā)明含有共析型β穩(wěn)定兀素的尚強(qiáng)欽合金時(shí)，首先根據(jù)需要選擇合適的中間合金，將中間合金與海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極，用常規(guī)真空自耗電弧爐經(jīng)二次或三次熔煉成合金鑄錠，合金鑄錠在1080 °C?1180 °C溫度條件下開坯鍛造，成品棒材鍛造和板材及棒絲材乳制溫度為820°C?890°C。鈦合金成品經(jīng)7800C?870 0C退火，或780 °C?870 V固溶+500 °C?620 V時(shí)效處理后使用。本發(fā)明高強(qiáng)鈦合金經(jīng)退火處理后的室溫拉伸性能為:Ob: 900?1180MPa，σ0.2: 830?I 10MPa，δ: 13 %?19% ;經(jīng)固溶時(shí)效處理后的室溫拉伸性能為:ob:1200?1600MPa，oQ.2:1130?1540MPa，S:7 %?15 %，所述室溫是指溫度為1 °C?35 °C。
[0016]實(shí)施例1
[0017]本實(shí)施例含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al4.5%,Mo 3%,Cr 4%,Co 1.5%,Fe 1.5%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例中所述雜質(zhì)包括0，所述高強(qiáng)鈦合金中O的質(zhì)量百分含量<0.15%。
[0018]本實(shí)施例含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金的制備方法為:根據(jù)本實(shí)施例鈦合金的名義成分T1-4.5Al-3Mo-4Cr-l.5Co-l.5Fe選用原料:鋁鉬合金、金屬鉻、金屬鈷、低碳鉻鐵、鋁豆和O級(jí)海綿鈦，然后將各中間合金與海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極后用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉成合金鑄錠，合金鑄錠經(jīng)三火次鍛造，最終于830 °C乳制成厚度為20mm的鈦合金板材。
[0019]本實(shí)施例鈦合金板材經(jīng)800°C退火處理后的室溫性能為:ob: 1080MPa，o0.2:990MPa，δ: 15% ;經(jīng)830°C固溶+540°C時(shí)效處理后的室溫性能為:ob: 1510MPa，oQ.2:1440MPa，δ:8%。
[0020]實(shí)施例2
[0021]本實(shí)施例含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al5%,Mo 4%,Cr 3%,Co 3% ,Fe 0.6%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例中所述雜質(zhì)包括0，所述高強(qiáng)鈦合金中O的質(zhì)量百分含量<0.15%。
[0022]本實(shí)施例含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金的制備方法為:根據(jù)本實(shí)施例鈦合金的名義成分T1-5Al-4Mo-3Cr-3Co-0.6Fe選用原料:鋁鉬合金、金屬鉻、金屬鈷、低碳鉻鐵、鋁豆和O級(jí)海綿鈦，然后將各中間合金與海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極后用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉成合金鑄錠，合金鑄錠經(jīng)三火次鍛造，最終于800 °C乳制成直徑為12mm的鈦合金圓棒。
[0023]本實(shí)施例鈦合金棒材經(jīng)780°C退火處理后的室溫拉伸性能為:Qb: 1180MPa，σ0.2:1 10MPa ,δ:16%；本實(shí)施例鈦合金棒材經(jīng)800 °C固溶+500 °C時(shí)效處理后的室溫拉伸性能為:0^160010^，0。.2:154010^，3:8%，疲勞強(qiáng)度90010^(1?=0.1，。7。168 = 107)。
[0024]實(shí)施例3
[0025]本實(shí)施例含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al5%,Mo 3.5%,Cr 3.5%,Co2%,Fe 1.2%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例中所述雜質(zhì)包括0，所述高強(qiáng)鈦合金中O的質(zhì)量百分含量<0.15%。
[0026]本實(shí)施例含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金的制備方法為:根據(jù)本實(shí)施例鈦合金的名義成分T1-5Al-3.5Mo-3.5Cr_2Co_l.2Fe選用原料:金屬鉻、鋁鉬合金、低碳鉻鐵、鋁豆、低碳鉻鐵和I級(jí)海綿鈦，然后將各中間合金與海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極后用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉成合金鑄錠，合金鑄錠經(jīng)三火次鍛造，最終于850°C鍛制成直徑為50mm的鈦合金圓棒。
[0027]本實(shí)施例鈦合金棒材經(jīng)860 0C退火處理后的性能為:ob: 900MPa，oQ.2: 830MPa，δ:19% ；本實(shí)施例鈦合金棒材經(jīng)8600C固溶+580°C時(shí)效處理后的性能為:ob: 1470MPa，σ0.2:1400ΜΡα，δ:10%ο
[0028]實(shí)施例4
[0029]本實(shí)施例含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al5.5%,Mo 4%,Cr 3%,Co3%,Fe I%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例中所述雜質(zhì)包括0，所述高強(qiáng)鈦合金中O的質(zhì)量百分含量<0.15%。
[0030]本實(shí)施例含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金的制備方法為:根據(jù)本實(shí)施例鈦合金的名義成分T1-5.5Al-4Mo-3Cr-3Co-l.0Fe選用原料:鋁鉬合金、金屬鉻、金屬鈷、低碳鉻鐵、鋁豆和O級(jí)海綿鈦，然后將各中間合金與海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極后用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉成合金鑄錠，合金鑄錠經(jīng)四火次鍛造，最終于830 °C擠壓成厚度為1mm的鈦合金管材。
[0031 ] 本實(shí)施例鈦合金管材經(jīng)8000C退火處理后的性能為:ob: 1030MPa,σ0.2:950MPa，δ:18% ；本實(shí)施例鈦合金管材經(jīng)8300C固溶+550°C時(shí)效處理后的性能為:Ob: 1390MPa，σ0.2:1310MPa，S:8%o
[0032]實(shí)施例5
[0033]本實(shí)施例含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al5.5%,Mo 5%,Cr 2%,Co2%,Fe 0.8%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例中所述雜質(zhì)包括0，所述高強(qiáng)鈦合金中O的質(zhì)量百分含量<0.15%。
[0034]本實(shí)施例含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金的制備方法為:根據(jù)本實(shí)施例鈦合金的名義成分T1-5.5Al-5Mo-2Cr-2Co-0.8Fe選用原料:鋁鉬合金、金屬鉻、金屬鈷、低碳鉻鐵、鋁豆和O級(jí)海綿鈦，然后將各中間合金與海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極后用真空自耗電弧爐經(jīng)二次熔煉成合金鑄錠，合金鑄錠經(jīng)三火次鍛造，最終于830 °C乳制成直徑為15mm的鈦合金圓棒。
[0035]本實(shí)施例鈦合金棒材經(jīng)830°C退火處理后的室溫性能為:ob: 1120MPa，o0.2:105010^，6:18%;本實(shí)施例鈦合金棒材經(jīng)830°(:固溶+600°(:時(shí)效處理后的是室溫性能為:Ob: 1330MPa, σ0.2:1240MPa, δ: 14%.
[0036]實(shí)施例6
[0037]本實(shí)施例含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al5%,Mo 4%,Cr 2.5%,Co2.5%,Fe 1%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例中所述雜質(zhì)包括0，所述高強(qiáng)鈦合金中O的質(zhì)量百分含量<0.15%。
[0038]本實(shí)施例含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金的制備方法為:根據(jù)本實(shí)施例鈦合金的名義成分T1-5Al-4Mo-2.5Cr-2.5Co-l.0Fe選用原料:鋁鉬合金、金屬鉻、金屬鈷、低碳鉻鐵、鋁豆和O級(jí)海綿鈦，然后將各中間合金與海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極后用真空自耗電弧爐經(jīng)二次熔煉成合金鑄錠，合金鑄錠經(jīng)四火次鍛造，最終于860 °C鍛制成邊長(zhǎng)為I OOmm的鈦合金方棒。
[0039]本實(shí)施例鈦合金棒材經(jīng)830 °C退火處理后的室溫性能為:Ob: 990MPa，o0.2:910MPa，δ:18%；本實(shí)施例鈦合金棒材經(jīng)830 0C固溶+620°C時(shí)效處理后的室溫性能為:ob: 1200MPa，o0.2:1130MPa』:14%。
[0040]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制。凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al 4.5%?5.5%，Μο 3%?5%，Cr 2%?4%，Co 1.5%?3%，F(xiàn)e 0.6%?1.5%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)，該高強(qiáng)鈦合金經(jīng)退火處理后的室溫抗拉強(qiáng)度為900MPa?1180MPa，經(jīng)固溶時(shí)效處理后的室溫抗拉強(qiáng)度為1200MPa?1600MPa，所述室溫是指溫度為10°C?350C，所述共析型β穩(wěn)定元素是指元素Cr、Co和Fe。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al 4.5%,Mo 3%,Cr 4% ,Co 1.5%,Fe 1.5%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al 5%,Mo 4%,Cr 3% ,Co 3% ,Fe 0.6%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al 5%,Mo 3.5%,Cr 3.5%,Co 2% ,Fe 1.2%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al 5.5%,Mo 4%,Cr 3% ,Co 3% ,Fe 1%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al 5.5%,Mo 5%,Cr 2% ,Co 2% ,Fe 0.8%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Al 5%,Mo 4%,Cr 2.5%,Co 2.5%,Fe 1%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的一種含有共析型β穩(wěn)定元素的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，所述雜質(zhì)包括O，所述高強(qiáng)鈦合金中O的質(zhì)量百分含量<0.15%。
【文檔編號(hào)】C22C14/00GK105821248SQ201610378921
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】葛鵬, 趙永慶, 周偉, 李倩, 辛社偉
【申請(qǐng)人】西北有色金屬研究院