專利名稱：一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多元強(qiáng)化的近β鈦合金，具體涉及一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)鈦合金由于其優(yōu)越的比強(qiáng)度等綜合性能在航空工業(yè)中獲得了越來越多的應(yīng)用。上個世紀(jì)60年代，美國開發(fā)的高強(qiáng)β鈦合金Ti-13V-llCr-3Al成功用于SR-71偵察機(jī)。此后，美國開發(fā)的Ti-1023、Ti-15-3、Ti-62222s以及前蘇聯(lián)開發(fā)的BT22為代表的高強(qiáng)鈦合金也獲得了成熟應(yīng)用。作為航空鍛件應(yīng)用時，這些合金一般用于IOOOMPa 1200MPa的強(qiáng)度水平，斷裂韌性大多在45 60MPa. m1/2之間。進(jìn)一步提高強(qiáng)度將會使這些合金的塑性、韌性等性能明顯惡化。最近幾年，國外對具有更高強(qiáng)度水平的新型高強(qiáng)鈦合金的研究非常重視。其代表性的合金是在BT22合金基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計的Ti-5553及Ti-55531合金。同 Ti-1023及BT22合金相比，新合金硬化效應(yīng)更高，且空氣冷卻即可獲得高的淬透深度，適于制備高強(qiáng)大規(guī)格構(gòu)件，其可用強(qiáng)度水平超過1240MPa。目前，Ti-5553合金已成功用于B-787的起落架等重要結(jié)構(gòu)件。國內(nèi)在航空鍛件用高強(qiáng)鈦合金方面，主要是對國外的典型合金的仿制，如Ti-1023、BT22的國內(nèi)對應(yīng)牌號分別是TB6、TC 18。在自主研究方面，目前獲得型號應(yīng)用的高強(qiáng)韌鈦合金是TC21鈦合金。這些合金通常在特定的組織狀態(tài)下具有較優(yōu)的性能，而應(yīng)用上則希望鈦合金具有很寬的組織及性能可調(diào)性以滿足不同領(lǐng)域不同服役狀態(tài)的需求，現(xiàn)有的合金難以滿足這種需求。

發(fā)明內(nèi)容
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)中的不足，提供一種強(qiáng)度、塑性良好匹配的性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成=Al 4. 5% 5. 5%，Cr+Fe 3. 5% 5. 0%，V+Mo 6. 0% 9. 0%, Zr 2%_5%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)；其中，F(xiàn)e ( O. 6%, V彡4. 5% ；所述性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金是指鈦合金退火后室溫抗拉強(qiáng)度在850MPa-1050MPa之間，固溶時效后室溫抗拉強(qiáng)度在1250MPa-1600MPa之間，β退火冷卻加時效處理后室溫抗拉強(qiáng)度在1050MPa-1200MPa之間。上述的一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成A1 5.0%，Mo 4.5%，V 3. 0%, Cr 4. 5%, Zr 3.0%，F(xiàn)e O. 4%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)。上述的一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成A1 5.4%，Mo 4.0%，V 3. 5%, Cr 4. 0%, Zr 4.0%，F(xiàn)e O. 3%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)。上述的一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成A1 4.5%，Mo 3.5%，V 4. 5%, Cr 4. 8%, Zr 2.0%，F(xiàn)e O. 2%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)。上述的一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成A1 4. 8%, Mo 5. 0%, V 2. 5%, Cr 5. 0%, Zr 5. 0%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。上述的一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成A1 5.5%，Mo 4.0%，V 2. 0%, Cr 4. 0%, Zr 3.0%，F(xiàn)e O. 6%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)。
上述的一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成A1 5. 0%, Mo 6. 0%, V 3. 0%, Cr 3. 5%, Zr 4. 0%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的制備方法為鈦合金的常規(guī)制備方法根據(jù)需要選擇合適的中間合金與海綿鈦按設(shè)計成分混合壓制電極，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、板材軋制、管材擠壓、棒絲材軋制等熱加工工藝制成成品。成品經(jīng)退火后、固溶時效后或β退火冷卻加時效處理后使用。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點該鈦合金熱加工性優(yōu)良，強(qiáng)度可在850 1600MPa很寬范圍內(nèi)調(diào)整，具備良好的強(qiáng)塑性及強(qiáng)韌性匹配，滿足多種應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ω邚?qiáng)鈦合金性能的要求。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
具體實施例方式本發(fā)明一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金，由以下重量百分比的成分組成-Al
4.5% 5. 5%, Cr+Fe 3. 5% 5. 0%, V+Mo 6. 0% 9. 0%, Zr 2%_5%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)；其中，F(xiàn)e ( O. 6%, V ^ 4. 5%。所涉及的中間合金包括鋁釩合金、鋁鑰合金、金屬鉻、鉻鐵合金、鋁豆、海綿鋯等，所使用的海綿鈦為O級或I級。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1050°C -1150°C溫度下開坯鍛造，成品棒材鍛造、板材和管材軋制溫度770°C -870°C，管坯擠壓溫度控制在8000C -900°C。合金成品經(jīng) 730°C -830°C / 退火，或 730°C -830°C / 固溶+ 480°C -580°C /時效處理，或830°C _930°C β區(qū)退火緩慢冷卻+500°C _580°C /時效處理后使用。合金退火處理后的室溫拉伸性能為σ b:850-1050MPa, σ 02780-990MPa, δ 18% -23% ;合金固溶時效處理后的室溫拉伸性能為ob:1250_1600MPa，σ 02:1150-1500MPa, δ 7% -15% ；合金β退火冷卻加時效處理后的室溫拉伸性能為ob:1050-1200MPa，σ Q 2:960-11OOMPa，δ :11% -15%。實施例I本實施例鈦合金的名義成分為Ti-5Al-4. 5Mo-3V-4. 5Cr_3Zr_0. 4Fe，即按重量百分比計為 Al:5. 0%, Mo:4. 5%, V:3. 0%, Cr:4. 5%, Zr:3. 0%, Fe:O. 4%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)。原料選用為Α1-60Μο中間合金、A1-55V中間合金、FeCr69C0. 25低碳鉻鐵、金屬鉻、火器級海綿鋯、O級海綿鈦。將中間合金與海綿鈦按設(shè)計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，最終在830°C鍛成150mm方棒成品。本實施例鈦合金棒材經(jīng)770°C /固溶+ 540 0C /時效處理后的室溫性能為ob1330MPa, o0 21250MPa, δ :9%，KK::60MPa;本實施例鈦合金棒材經(jīng) 870°C退火緩慢冷卻到680°C出爐后在550°C時效處理后的室溫性能為σ b1180MPa, σ 0 2: llOOMPa，δ :12%，Klc:7lMPaV^。實施例2本實施例鈦合金的名義成分為Ti-5. 4Al-4Mo-3. 5V-4Cr-4Zr_0. 3Fe，即按重量百分比計為 Al:5. 4%, Mo:4. 0%, V:3. 5%, Cr:4. 0%, Zr:4. 0%, Fe:O. 3%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)。原料選用為Α1-60Μο中間合金、A1-55V中間合金、FeCr69C0. 25低碳鉻鐵、金屬鉻、火器級海綿鋯、O級海綿鈦。將中間合金與海綿鈦按設(shè)計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)兩火次鍛造，最終在800°C軋成直徑為15mm的圓棒。 本實施例鈦合金棒材經(jīng)750 °C退火處理后的室溫性能為σ b: 1030MPa,σ 0 2:950MPa, δ 19% ;本實施例鈦合金棒材經(jīng)800°C /固溶+ 500°C /時效處理后的室溫性能為ob:1620MPa，σ 0 21510MPa, δ :7%，剪切強(qiáng)度 860MPa.實施例3本實施例鈦合金的名義成分為Ti-4. 5A1-3. 5Mo_4. 5V-4. 8Cr_2Zr_0. 2Fe,即按重量百分比計為A1:4. 5%, Mo: 3. 5%, V :4. 5%, Cr :4. 8%, Zr :2. 0%, Fe: O. 2%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)。原料選用為Α1-60Μο中間合金、A1-85V中間合金、鋁豆、金屬鉻、FeCr69C0. 25低碳鉻鐵、I級海綿鈦。將中間合金與海綿鈦按設(shè)計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)兩火次鍛造，最終在870°C擠壓成壁厚10_管材。本實施例鈦合金管材經(jīng)730°C退火處理后的室溫拉伸性能為ob:1050MPa，σ 0 2:970MPa, δ 17% ;本實施例鈦合金管材經(jīng)760V /固溶+ 580°C /時效處理后的室溫性能為ob:1290MPa，σ 0 21210MPa, δ : 13%，剪切強(qiáng)度 760MPa。實施例4本實施例鈦合金的名義成分為Ti-4. 8Al-5Mo-2. 5V_5Cr_5Zr，即按重量百分比計為A1:4. 8%, Mo: 5. 0%，V:2. 5%, Cr :5. 0%, Zr :5. 0%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。原料選用為Α1-60Μο中間合金、A1-85V中間合金、鋁豆、金屬鉻、O級海綿鈦。將中間合金與海綿鈦按設(shè)計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)兩火次鍛造，最終在780°C軋制成厚IOmm板材。本實施例鈦合金板材經(jīng)850 °C退火處理后的室溫性能為σ b:880MPa,σ。2:810MPa，δ :21% ;本實施例鈦合金板材經(jīng)780°C /固溶+ 520°C /時效處理后的室溫性能為ob1470MPa, σ 0 21400MPa, δ : 11%，疲勞強(qiáng)度 890MPa(R = O. 1，cycles=107)。實施例5本實施例鈦合金的名義成分為Ti-5. 5Al-4Mo-2V-4Cr-3Zr-0. 6Fe，即按重量百分比計為 Al:5. 5%, Mo:4. 0%, V:2. 0%, Cr:4. 0%, Zr:3. 0%, Fe:O. 6%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)。原料選用為Α1-60Μο中間合金、A1-55V中間合金、FeCr69C0. 25低碳鉻鐵、金屬鉻、火器級海綿鋯、鋁豆、O級海綿鈦。
將中間合金與海綿鈦按設(shè)計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)兩火次鍛造，最終在800°C軋成直徑為15mm的圓棒。本實施例鈦合金棒材經(jīng)800 °C退火處理后的室溫性能為σ b:960MPa,σ 0 2:920MPa, δ :20% ;本實施例鈦合金棒材經(jīng)800°C /固溶+ 550°C /時效處理后的是室溫性能為σ b1410MPa, σ 0 21340MPa, δ 10%，剪切強(qiáng)度 790MPa.實施例6本實施例鈦合金的名義成分為Ti-5Al-6Mo-3V_3. 5Cr_4Zr，即按重量百分比計為Al: 5. 0%, Mo: 6. 0%，V:3. 0%, Cr :3. 5%, Zr :4. 0%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。原料選用為A1-60MO中間合金、A1-85V中間合金、金屬鉻、火器級海綿鋯、鋁豆、O級海綿鈦。將中間合金與海綿鈦按設(shè)計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，最終在800°C鍛成直徑為150mm的圓棒。 本實施例鈦合金棒材經(jīng)750°C /固溶+ 550 0C /時效處理后的室溫性能為ob1340MPa, o0 21260MPa, δ :8 %，Kit':62MPa>/^ ;本實施例鈦合金棒材經(jīng) 870°C退火緩慢冷卻到550°C時效處理后的室溫性能為ob:1090MPa，σ。2: lOlOMPa，δ :14%,KIC:76MPaV^。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、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)。
權(quán)利要求
1.一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成Al 4. 5% 5. 5%, Cr+Fe 3. 5% 5. 0%, V+Mo 6. 0% 9. 0%, Zr 2%_5%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)；其中，F(xiàn)e ( O. 6%, V ( 4. 5% ;所述性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金是指鈦合金退火后室溫抗拉強(qiáng)度在850MPa-1050MPa之間，固溶時效后室溫抗拉強(qiáng)度在1250MPa_1600MPa之間，β退火冷卻加時效處理后室溫抗拉強(qiáng)度在1050MPa-1200MPa之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成A1 5.0%，Mo 4.5%，V 3. 0%, Cr 4. 5%, Zr 3.0%，F(xiàn)e 0.4%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成A1 5. 4%, Mo 4.0%，V 3. 5%, Cr 4. 0%, Zr 4. 0%, Fe 0.3%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成A1 4. 5%, Mo 3. 5%, V 4. 5%, Cr 4. 8%, Zr 2. 0%, Fe 0.2%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成A1 4. 8%, Mo 5. 0%, V 2. 5%, Cr 5. 0%, Zr 5. 0%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成A1 5.5%，Mo 4.0%，V 2. 0%, Cr 4. 0%, Zr 3.0%，F(xiàn)e 0.6%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成A1 5.0%，Mo 6.0%，V 3.0%，Cr 3. 5%, Zr 4. 0%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種性能可調(diào)范圍寬的高強(qiáng)鈦合金，由以下重量百分比的成分組成Al 4.5%～5.5%，Cr+Fe 3.5%～5.0%，V+Mo 6.0%～9.0%，Zr 2%～5%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)；其中，F(xiàn)e≤0.6%，V≤4.5%。該高強(qiáng)鈦合金熱塑性優(yōu)良，退火后室溫強(qiáng)度在850MPa-1050MPa之間，固溶時效后室溫強(qiáng)度在1250MPa-1600MPa之間，β退火冷卻加時效處理后室溫強(qiáng)度在1050MPa-1200MPa之間，并具有良好的塑性及韌性。
文檔編號C22C14/00GK102965543SQ20121054534
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者葛鵬, 趙永慶, 周偉, 吳歡, 李倩 申請人:西北有色金屬研究院