專利名稱：：Ti5Mo5V4Cr3Al鈦合金及其加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種新型鈦合金，具體而言，涉及通式為Ti5Mo5V4Cr3Al的鈦合金及其加工工藝。
背景技術(shù)：
：Ti-Mo-V-Al-Cr系鈦合金由于其高強(qiáng)度和高韌性的特性，被廣泛地應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。其中我國自行研發(fā)的Ti5Mo5V8Cr3Al鈦合金是一種亞穩(wěn)定13鈦合金，Ti5Mo5V8Cr3Al合金主要合金元素含量(wt%)為Mo:4.5%5.7%;V:4.5%5.7%;Cr:7.5%8.5%;Al:2.5%3.5%;余量為鈦，由于其具有較好的強(qiáng)度、韌性以及輕質(zhì)的特性，己被應(yīng)用于航空及航天工業(yè)。但是由于其鍛造溫度下具有較大抗力，影響其鍛造性能和機(jī)械加工性。此外，仍需更高強(qiáng)度的鈦合金材料以滿足航空航天工業(yè)的需要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種通式為Ti5Mo5V4Cr3Al的鈦合金，其具有較高的時(shí)效強(qiáng)化特性以及良好的熱加工性能。一方面，本發(fā)明提供一種通式為Ti5Mo5V4Cr3Al的鈦合金，主要合金元素含量(wt。/。)為Mo:4.5%~5.7%;V:4.5%5.7%;Cr:3.5%~4.5%;Al:2.5°/。~3.5%;余量為鈦。另一方面，本發(fā)明提供一種通式為Ti5Mo5V4Cr3Al的鈦合金的加工工藝，其包括如下步驟一、按以下比例配料(wt%):Mo:4.5%5.7%;V:4.5%5.7%;Cr:3.5~4.5%;Al:2.5~3.5%;Fe<0.30%;C:<0.05%N:<0.04%;H:<0.015%;0:<0.15%;余量為鈦；二、將配料壓制成電極；三、在真空自耗電爐經(jīng)23次熔煉；四、9001150'C鍛造開坯；五、800100(TC鍛造成所需尺寸的材料；六、450650'C保溫18小時(shí)，空冷至室溫。再一方面，本發(fā)明提供通式為Ti5Mo5V4Cr3Al的鈦合金的另一種加工工藝，其包括如下步驟一、按以下比例配料(wt%):Mo:4.5°/。~5.7%;V:4.5%~5.7%;Cr:3.5~4.5%;Al:2.53.5%;Fe<0.30%;C:<0.05%N:<0.04%;H:<0.05%;0:<0.15%;余量為鈦；二、將配料壓制成電極；三、在真空自耗電爐經(jīng)23次熔煉；四、9001150。C鍛造開坯；五、800100(TC鍛造成所需尺寸的材料；六、68085(TC保溫13小時(shí)，其后空冷或水淬至室溫；七、45065(TC保溫18小時(shí)，空冷至室溫。根據(jù)本發(fā)明的Ti5Mo5V4Cr3Al鈦合金，與已有的亞穩(wěn)定B型Ti5Mo5V8Cr3Al鈦合金相比，具有更高的時(shí)效強(qiáng)度和機(jī)械加工性能；與近B型Ti5Mo5V2Cr3Al鈦合金相比，具有更高的時(shí)效強(qiáng)度。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例具體說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于該實(shí)施例。實(shí)施例1按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Al:6.0;V:4.0;Fe:0.11;C:0.009;N:0.01;H:0.0015;0:0.10;余量為鈦。將配料壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)3次熔煉得到鑄錠。于1100。C鍛造開坯，于90(TC鍛造成cD20mm棒材，于750。C保溫2小時(shí)，其后空冷至室溫，得樣品l，結(jié)構(gòu)式為Ti6A14V。按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo:4.8;V:4.9;Cr:4.0;Al:3.1;Fe:0.11;C:0.008;N:0.010;H:0.0015;O:0.10;余量為鈦。將配料壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)兩次熔煉得到鑄錠。于IIO(TC鍛造開坯，于900。C鍛成O20mm棒材，于54(TC時(shí)效5小時(shí)，得樣品2。改變合金中鉻的含量，分別為4.0%、6.0°/。、8.0%，應(yīng)用與制備樣品2相同的步驟，制備樣品35。實(shí)施例2鈦合金的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)將樣品1-5加工成cD5mm的常規(guī)拉伸試樣。使用AG50KNE試驗(yàn)機(jī)測試各試樣的力學(xué)性能。試驗(yàn)在AG50KNE試驗(yàn)機(jī)上經(jīng)加熱器分別加熱至850°C和90(TC并保溫15分鐘后進(jìn)行。鈦合金的力學(xué)性能如表1所示。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從表l的結(jié)果可以看出，在通常的加工溫度85090(TC溫度條件下，樣品2(Ti5Mo5V2Cr3Al鈦合金)具有最低的高溫強(qiáng)度，表明其在該溫度下具有最小的熱加工變形抗力，熱加工性能最好，隨著鉻含量的增加，高溫強(qiáng)度逐漸增加，變形抗力加大，導(dǎo)致熱加工性能逐漸變差。樣品3(Ti5Mo5V4Cr3Al鈦合金)的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為86Mpa、80Mpa(850°C)和50Mpa、42Mpa(900°C)，與中強(qiáng)度熱加工性能良好的樣品1(Ti6A14V合金)合金相比，高溫強(qiáng)度相當(dāng)或更好，顯示其熱加工性能優(yōu)異。實(shí)施例3按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo:4.8;V:4.9;Cr:4.0;Al:3.1;Fe:0.11;C:0.008;N:0.010;H:0.0015;O:0.10;余量為鈦。將配料壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)兩次熔煉得到鑄錠。于IOO(TC鍛造開坯，于850。C鍛成O20mm棒材，于54(TC時(shí)效4小時(shí)，得樣品6。改變合金中格的含量，分別為2.0%、6.0%、8.0%，應(yīng)用與制備樣品6相同的步驟，制備比較樣品13。實(shí)施例4鈦合金的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)將樣品6和比較樣品13加工成05mm的常規(guī)拉伸試樣。試驗(yàn)在AG50KNE試驗(yàn)機(jī)上完成。鈦合金的力學(xué)性能如表2所示。結(jié)果表明，通過鍛后直接時(shí)效，本發(fā)明的Ti5Mo5V4Cr3Al鈦合金，即樣品6，具有較佳的抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度為1510Mpa，其時(shí)效強(qiáng)化效果良好。而各樣品斷后伸長率和S5和斷面收縮率^基本相當(dāng)。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例5按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo:4.8;V:4.9;Cr:4.0;Al:3.1;Fe:0.11;C:0.008;N:0.010;H:0.0015;O:0.10;余量為鈦。將配料壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)兩次熔煉得到鑄錠。于105(TC鍛造開坯，于900匸鍛成①20mm棒材，水淬，升溫至72(TC，保溫2小時(shí)，水淬，于520。C保溫4小時(shí)，得樣品7。改變合金中鉻的含量，分別為2.0%、6.0%、8.0%，應(yīng)用與制備樣品7相同的步驟，制備比較樣品46。將樣品7和比較樣品46加工成05mm的常規(guī)拉伸試樣。試驗(yàn)在AG50KNE試驗(yàn)機(jī)上完成。鈦合金的強(qiáng)度及拉伸性能如表3所示。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>結(jié)果表明，通過固熔、水淬和時(shí)效處理，本發(fā)明的Ti5Mo5V4Cr3Al鈦合金，即樣品7，具有較佳的抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度為1410Mpa，其時(shí)效強(qiáng)化效果良好。而各樣品斷后伸長率和S5和斷面收縮率W基本相當(dāng)。實(shí)施例6按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo:4.8;V:4.9;Cr:4.0;Al:3.1;Fe:0.11;C:0.008;N:0.010;H:0.0015;O:0.10;余量為鈦。將配料壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)兩次熔煉得到鑄錠。于IIO(TC鍛造開坯，于950nC鍛成O20mm棒材，水淬，升溫至72(TC，保溫2小時(shí)，空冷，于520'C保溫8小時(shí)，得樣品8。改變合金中鉻的含量，分別為2.0%、6.0%、8.0%，應(yīng)用與制備樣品8相同的步驟，制備比較樣品79。將樣品8和比較樣品79加工成①5mm的常規(guī)拉伸試樣。試驗(yàn)在AG50KNE試驗(yàn)機(jī)上完成。鈦合金的強(qiáng)度、拉伸性能如表4所示。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>結(jié)果表明，通過固熔、空冷和時(shí)效處理，本發(fā)明的Ti5Mo5V4Cr3Al鈦合金，即樣品8具有較佳的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，分別為1390Mpa和1300Mpa，其時(shí)效強(qiáng)化效果良好。綜上所述，本發(fā)明的Ti5Mo5V4Cr3Al鈦合金，與已有的亞穩(wěn)定13型Ti5Mo5V8Cr3AI鈦合金相比，具有更高的時(shí)效強(qiáng)度和機(jī)械加工性能；與近13型Ti5Mo5V2Cr3Al鈦合金相比，具有更高的時(shí)效強(qiáng)度。因此是一種綜合性能較佳的鈦合金材料。權(quán)利要求1.一種通式為Ti5Mo5V4Cr3Al的鈦合金，其主要合金元素含量(wt％)為Mo4.5％～5.7％；V4.5％～5.7％；Cr3.5％～4.5％；Al2.5％～3.5％；余量為鈦。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鈦合金的加工工藝，其包括如下步驟一、按以下比例配料(wt%):Mo:4.5%~5.7%;V:4.5%5.7%;Cr:3.54.5%;Al:2.5~3.5%;Fe<0.30%;C:<0.05%N:<0.04%;H:<0.015%;O:<0.15%;余量為鈦；二、將配料壓制成電極；三、在真空自耗電爐經(jīng)23次熔煉；四、900115(TC鍛造開坯；五、800100(TC鍛造成所需尺寸的材料；六、45065(TC保溫18小時(shí)，空冷至室溫。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鈦合金的加工工藝，其包括如下步驟一、按以下比例配料(wt%):Mo:4.5%5.7%;V:4.5%5.7%;Cr:3.54.5%;Al:2.5~3.5%;Fe<0.30%;C:<0.05%N:<0.04%;H:<0,015%;0:<0.15%;余量為鈦；二、將配料壓制成電極；三、在真空自耗電爐經(jīng)23次熔煉；四、900115(TC鍛造開坯；五、800100(TC鍛造成所需尺寸的材料；六、在68085(TC保溫13小時(shí)，其后空冷或水淬至室溫；七、45065(TC保溫18小時(shí)，空冷至室溫。全文摘要本發(fā)明提供一種新型鈦合金及其加工工藝，具體而言，本發(fā)明提供一種通式為Ti5Mo5V4Cr3Al的鈦合金，其主要合金元素含量(wt％)為Mo4.5％～5.7％；V4.5％～5.7％；Cr3.5％～4.5％；Al2.5％～3.5％；余量為鈦。由于其具有較高的抗拉強(qiáng)度、韌性和良好的熱加工性能，可應(yīng)用于航空航天用大型鍛件及高壓容器等。文檔編號C22C14/00GK101463437SQ20071030392公開日2009年6月24日申請日期2007年12月21日優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日發(fā)明者明余,崔雪飛,陳海珊,陶海明,魏衍廣申請人:北京有色金屬研究總院