一種釔元素改性tb2鈦合金的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種釔元素改性TB2鈦合金，由以下重量百分含量的成分組成：Al 2.5％～3.5％，Mo 4.7％～5.7％，Cr 7.5％～8.5％，V 4.7％～5.7％，Y 0.005％～0.1％，余量為Ti和不可避免的雜質。本發明通過添加稀土元素Y對TB2鈦合金進行合金化處理，使稀土元素Y與TB2鈦合金中的雜質元素C、O、H、N等形成稀土難熔物，有效地減少了雜質元素在晶界處的分布，一定程度上解決了由C、O、N、H等雜質元素引起的晶界弱化問題，同時由于稀土難熔物的存在導致其與再結晶晶界發生交互作用，抑制了晶界運動，從而細化了晶粒，提高了TB2鈦合金的強度和塑性。
【專利說明】一種f乙元素改性TB2鈦合金

【技術領域】
[0001]本發明屬于鈦合金【技術領域】，具體涉及一種釔元素改性TB2鈦合金。

【背景技術】
[0002]TB2是一種亞穩定β型鈦合金，具有良好的工藝塑性、較高的強度和斷裂韌性、以及深淬透性等優點。ΤΒ2鈦合金經熱處理后，具有高的強度和良好的塑性，在航空、航天領域具有廣泛地應用，常用作生產星彈連接帶、航空用鉚釘和緊固件、超速離心機轉頭、彈性元件以及固體發動機殼體等零件。ΤΒ2鈦合金屈強比高，變形抗力較大，不易冷加工變形，通常采用熱加工變形工藝來改善合金的組織性能，但是采用ΤΒ2鈦合金在生產零件的過程中易于出現ΤΒ2鈦合金的強度與塑性不匹配的問題，導致產品的成品率較低，因此急需尋求具有較高強度與塑性的ΤΒ2鈦合金，并且它的強度與塑性能夠相互匹配，這對于提高ΤΒ2鈦合金的廣泛應用具有重要的推動作用。


【發明內容】

[0003]本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種釔元素改性ΤΒ2鈦合金，通過在ΤΒ2鈦合金中添加稀土元素Y對其進行合金化處理，有效地減少了 ΤΒ2鈦合金晶界處雜質元素C、0、N、H等的分布，一定程度上解決了晶界弱化的問題，提高了 TB2鈦合金塑性，同時也細化了晶粒，提高了 TB2鈦合金的強度。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種釔元素改性TB2鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成:A1 2.5%?3.5%，Mo 4.7%?5.7%，Cr
7.5%?8.5%，V 4.7%?5.7%，Y 0.005%?0.1%，余量為Ti和不可避免的雜質。
[0005]上述的一種釔元素改性TB2鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成:Al 3% ?3.5%，Μο 5%?5.6%，Cr 7.5%?8.1%，V 5.2%?5.7%，Y 0.05%?0.1%，余量為Ti和不可避免的雜質。
[0006]上述的一種釔元素改性ΤΒ2鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成:A1 3.24%,Mo 5.19%, Cr 8.09%, V 5.21%, Y 0.05%，余量為 Ti 和不可避免的雜質。
[0007]上述的一種釔元素改性TB2鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成:Al 3.28%,Mo 5.58%, Cr 7.53%, V 5.68%, Y 0.09%，余量為 Ti 和不可避免的雜質。
[0008]上述的一種釔元素改性TB2鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成:A1 3.2%, Mo 5.46%, Cr 7.9%, V 5.42%, Y 0.1%，余量為 Ti 和不可避免的雜質。
[0009]本發明釔元素改性TB2鈦合金的制備方法采用鈦合金的常規制備方法，具體過程為:首先根據需要選擇合適的原料，按設計成分將所述原料混合后壓制成電極，然后將所述電極用真空自耗電弧爐經三次熔煉得到合金鑄錠，再將所述合金鑄錠在液壓鍛造機上進行開坯鍛造、多火次反復鐓拔鍛造和成形鍛造后得到釔元素改性TB2鈦合金鍛件，最后經固溶處理和過時效處理后得到釔元素改性TB2鈦合金板材。
[0010]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0011]1、本發明在TB2鈦合金中添加稀土元素Y，進行合金化處理，使容易富集在晶界處的C、0、N、H等雜質元素與稀土元素Y作用形成稀土難熔物，有效地減少了雜質元素在晶界處的分布，一定程度上解決了由C、0、N、H等雜質元素引起的晶界弱化問題，從而提高TB2鈦合金的室溫力學性能。
[0012]2、本發明釔元素改性TB2鈦合金，由于稀土難熔物的存在，會與TB2鈦合金的晶界發生交互作用，細化合金晶粒尺寸，而細小的合金晶粒在受力作用時變形更為均勻，不易發生應力集中，有利于改善TB2鈦合金加工工藝及產品性能，有利于TB2鈦合金產品的批量化生產，以及提高TB2鈦合金產品的成品率。
[0013]3、本發明釔元素改性TB2鈦合金在添加適量的Y元素后，稀土難熔物阻礙了晶界運動，抑制了晶粒長大，同時由于晶界處原子排列紊亂，位錯結構復雜，因此晶粒越細小，晶界就越多，當位錯穿過晶界而改變滑移方向時，則需要消耗更多的能量，此時位錯滑移變得困難，變形很難傳遞下去，因此提高了 TB2鈦合金的抗變形能力，從而提高TB2鈦合金的強度及塑性，使TB2鈦合金具有較好的綜合力學性能。
[0014]下面通過附圖和實施例對本發明的技術方案做進一步的詳細說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發明實施例1釔元素改性TB2鈦合金的金相組織圖。
[0016]圖2為本發明實施例2釔元素改性TB2鈦合金的金相組織圖。
[0017]圖3為本發明實施例3釔元素改性TB2鈦合金的金相組織圖。

【具體實施方式】
[0018]本發明釔元素改性TB2鈦合金由以下重量百分含量的成分組成:A12.5 %?
3.5%, Mo 4.7%?5.7%，Cr 7.5%?8.5%，V 4.7%?5.7%，Y 0.005%?0.1%，余量為Ti和不可避免的雜質。該釔元素改性TB2鈦合金的具體制備過程為:根據需要選擇合適的原料，所述原料包括鋁釩合金、鋁鑰合金、鈦鑰合金、金屬鎘粉、金屬釔粉和零級海綿鈦，按設計成分將所述原料混合后壓制成電極，然后將所述電極用真空自耗電弧爐經三次熔煉后得到合金鑄錠，再將所述合金鑄錠在液壓鍛造機上進行開坯鍛造、3?4火次反復鐓拔鍛造和成形鍛造后得到釔元素改性TB2鈦合金鍛件，最后經固溶處理和過時效處理后得到釔元素改性TB2鈦合金板材。所述開坯鍛造的加熱溫度為1000°C?1150°C，所述鐓拔鍛造的加熱溫度為950°C?1050°C，所述成形鍛造的加熱溫度為800°C?900°C，所述固溶處理的溫度為750°C?800°C，固溶處理的保溫時間為Ih?2h，所述過時效處理的溫度為560°C?580°C，過時效處理的保溫時間為6h?8h。
[0019]實施例1
[0020]本實施例釔元素改性TB2鈦合金的名義成分為T1-3.24A1-5.19Mo_8.09Cr_5.21V-0.05Y，即按重量百分含量計為:A1 3.24%, Mo 5.19%, Cr8.09%, V 5.21%,Y 0.05%,^量為Ti和不可避免的雜質。
[0021]本實施例釔元素改性TB2鈦合金的制備方法為:按名義成分T1-3.24A1-5.19Mo_
8.09Cr-5.21V-0.05Y配料，原料采用A1-85V中間合金、Al_60Mo中間合金、Ti_30Mo中間合金、金屬鎘粉、金屬釔粉和零級海綿鈦，將所述原料混合后壓制成電極，然后將所述電極用真空自耗電弧爐經三次熔煉得到Φ150_的合金鑄錠，再將所述合金鑄錠在液壓鍛造機上進行開坯鍛造、3火次反復鐓拔鍛造和成形鍛造后得到釔元素改性ΤΒ2鈦合金鍛件，最后經固溶處理和過時效處理后得到厚度為60mm的釔元素改性TB2鈦合金板材。所述開坯鍛造的加熱溫度為1150°C，所述鐓拔鍛造的加熱溫度為1000°C，所述成形鍛造的加熱溫度為850°C，所述固溶處理的溫度為780°C，固溶處理的保溫時間為2h，所述過時效處理的溫度為580°C，過時效處理的保溫時間為8h。
[0022]圖1為本實施例釔元素改性TB2鈦合金的金相組織圖，從圖1中可以看出，釔元素改性TB2鈦合金的晶粒細小。本實施例釔元素改性TB2鈦合金板材的力學性能為Rm =1215MPa, Rp0.2 = 1150MPa, A = 12%，Z = 30%。
[0023]實施例2
[0024]本實施例釔元素改性TB2鈦合金的名義成分為T1-3.28A1-5.58Mo_7.53Cr_5.68V-0.09Y，即按重量百分含量計為:A1 3.28%,Mo 5.58%,Cr7.53%, V 5.68%, Y 0.09%，余量為Ti和不可避免的雜質。
[0025]本實施例釔元素改性TB2鈦合金的制備方法為:按名義成分T1-3.28A1-5.58Mo_7.53Cr-5.68V-0.09Y配料，原料采用A1-85V中間合金、Al_60Mo中間合金、Ti_30Mo中間合金、金屬鎘粉、金屬釔粉和零級海綿鈦，將所述原料混合后壓制成電極，然后將所述電極用真空自耗電弧爐經三次熔煉得到Φ 150_的合金鑄錠，再將所述合金鑄錠在液壓鍛造機上進行開坯鍛造、3火次反復鐓拔鍛造和成形鍛造后得到釔元素改性TB2鈦合金鍛件，最后經固溶處理和過時效處理后得到厚度為60mm的釔元素改性TB2鈦合金板材。所述開坯鍛造的加熱溫度為1150°C，所述鐓拔鍛造的加熱溫度為1000°C，所述成形鍛造的加熱溫度為850°C，所述固溶處理的溫度為780°C，固溶處理的保溫時間為2h，所述過時效處理的溫度為580°C，過時效處理的保溫時間為8h。
[0026]圖2為本實施例釔元素改性TB2鈦合金的金相組織圖，從圖2中可以看出，釔元素改性TB2鈦合金的晶粒細小。本實施例釔元素改性TB2鈦合金板材的力學性能為Rm =1266MPa, Rp0.2 = 1224MPa, A = 15%，Z = 38%。
[0027]實施例3
[0028]本實施例釔元素改性TB2鈦合金的名義成分為T1-3.2A1-5.46Mo_7.9Cr_5.42V-0? 1Y，即按重量百分含量計為:A1 3.2%, Mo 5.46%, Cr 7.9%, V 5.42%, Y 0.1%，余量為Ti和不可避免的雜質。
[0029]本實施例釔元素改性TB2鈦合金的制備方法為:按名義成分T1-3.2A1-5.46Mo-7.9Cr_5.42V-0.1Y 配料，原料采用 A1-85V 中間合金、Al_60Mo 中間合金、T1-30Mo中間合金、金屬鎘粉、金屬釔粉和零級海綿鈦，將所述原料混合后壓制成電極，然后將所述電極用真空自耗電弧爐經三次熔煉得到Φ 150_的合金鑄錠，再將所述合金鑄錠在液壓鍛造機上進行開坯鍛造、4火次反復鐓拔鍛造和成形鍛造后得到釔元素改性TB2鈦合金鍛件，最后經固溶處理和過時效處理后得到厚度為60mm的釔元素改性TB2鈦合金板材。所述開坯鍛造的加熱溫度為1150°C，所述鐓拔鍛造的加熱溫度為1000°C，所述成形鍛造的加熱溫度為850°C，所述固溶處理的溫度為780°C，固溶處理的保溫時間為2h，所述過時效處理的溫度為580°C，過時效處理的保溫時間為8h。
[0030]圖3為本實施例釔元素改性TB2鈦合金的金相組織圖，從圖3中可以看出，釔元素改性TB2鈦合金的晶粒細小。本實施例釔元素改性TB2鈦合金板材的力學性能為Rm =1273MPa, Rp0.2 = 1222MPa, A = 15%，Z = 35%。
[0031]實施例4
[0032]本實施例釔元素改性TB2鈦合金的名義成分為T1-2.5A1-4.7Mo-7.5Cr-4.7V-0.1Y，即按重量百分含量計為:Al 2.5 %, Mo 4.7 %, Cr7.5%, V 4.7%, Y 0.1%，余量為Ti和不可避免的雜質。
[0033]本實施例釔元素改性TB2鈦合金的制備方法為:按名義成分T1-2.5A1-4.7Mo-7.5Cr_4.7V-0.1Y 配料，原料采用 A1-85V 中間合金、Al_60Mo 中間合金、T1-30Mo中間合金、金屬鎘粉、金屬釔粉和零級海綿鈦，將所述原料混合后壓制成電極，然后將所述電極用真空自耗電弧爐經三次熔煉得到Φ 150_的合金鑄錠，再將所述合金鑄錠在液壓鍛造機上進行開坯鍛造、3火次反復鐓拔鍛造和成形鍛造后得到釔元素改性TB2鈦合金鍛件，最后經固溶處理和過時效處理后得到厚度為60mm的釔元素改性TB2鈦合金板材。所述開坯鍛造的加熱溫度為1075°C，所述鐓拔鍛造的加熱溫度為1050°C，所述成形鍛造的加熱溫度為800°C，所述固溶處理的溫度為750°C，固溶處理的保溫時間為1.5h，所述過時效處理的溫度為560°C，過時效處理的保溫時間為7h。
[0034]本實施例釔元素改性TB2鈦合金板材的力學性能為Rm = 1213MPa，Rp0.2 =1156MPa, A = 12%, Z = 29%。
[0035]實施例5
[0036]本實施例釔元素改性TB2鈦合金的名義成分為T1-3.5A1-5.7Mo_8.5Cr_5.7V-0.005Y,即按重量百分含量計為:A1 3.5%, Mo 5.7%, Cr 8.5%, V 5.7%, Y 0.005%，余量為Ti和不可避免的雜質。
[0037]本實施例釔元素改性TB2鈦合金的制備方法為:按名義成分T1-3.5A1-5.7Mo-8.5Cr_5.7V-0.005Y 配料，原料采用 A1-85V 中間合金、Al_60Mo 中間合金、T1-30Mo中間合金、金屬鎘粉、金屬釔粉和零級海綿鈦，將所述原料混合后壓制成電極，然后將所述電極用真空自耗電弧爐經三次熔煉得到Φ 150_的合金鑄錠，再將所述合金鑄錠在液壓鍛造機上進行開坯鍛造、3火次反復鐓拔鍛造和成形鍛造后得到釔元素改性TB2鈦合金鍛件，最后經固溶處理和過時效處理后得到厚度為60mm的釔元素改性TB2鈦合金板材。所述開坯鍛造的加熱溫度為1000°C，所述鐓拔鍛造的加熱溫度為950°C，所述成形鍛造的加熱溫度為900°C，所述固溶處理的溫度為800°C，固溶處理的保溫時間為2h，所述過時效處理的溫度為570°C，過時效處理的保溫時間為7h。
[0038]本實施例釔元素改性TB2鈦合金板材的力學性能為Rm = 1150MPa, Rp0.2 =1075MPa, A = 13%, Z = 30%。
[0039]實施例6
[0040]本實施例釔元素改性TB2鈦合金的名義成分為T1-3Al-5.6Μο-7.5Cr-5.7V-0.05Y，即按重量百分含量計為:A1 3%,Mo 5.6%, Cr 7.5%, V
5.7%, Y 0.05%，余量為Ti和不可避免的雜質。
[0041]本實施例釔元素改性TB2鈦合金的制備方法為:按名義成分Τ?-3Α1-5.6Mo-7.5Cr_5.7V-0.05Y 配料，原料采用 A1-85V 中間合金、Al_60Mo 中間合金、T1-30Mo中間合金、金屬鎘粉、金屬釔粉和零級海綿鈦，將所述原料混合后壓制成電極，然后將所述電極用真空自耗電弧爐經三次熔煉得到Φ 150_的合金鑄錠，再將所述合金鑄錠在液壓鍛造機上進行開坯鍛造、4火次反復鐓拔鍛造和成形鍛造后得到釔元素改性TB2鈦合金鍛件，最后經固溶處理和過時效處理后得到厚度為60mm的釔元素改性TB2鈦合金板材。所述開坯鍛造的加熱溫度為1100°C，所述鐓拔鍛造的加熱溫度為1050°C，所述成形鍛造的加熱溫度為800°C，所述固溶處理的溫度為750°C，固溶處理的保溫時間為2h，所述過時效處理的溫度為570°C，過時效處理的保溫時間為6h。
[0042]本實施例釔元素改性TB2鈦合金板材的力學性能為Rm = 1186MPa，Rp0.2 =11 OOMPa, A = 14%, Z = 32%。
[0043]實施例7
[0044]本實施例釔元素改性TB2鈦合金的名義成分為T1-3.3A1-5MO-8.lCr-5.2V-0.08Y，即按重量百分含量計為:A1 3.3%,Mo 5%, Cr 8.1%,V5.2%, Y 0.08%，余量為Ti和不可避免的雜質。
[0045]本實施例釔元素改性TB2鈦合金的制備方法為:按名義成分T1-3.3Al-5Mo-8.lCr-5.2V-0.08Y 配料，原料采用 A1-85V 中間合金、Al_60Mo 中間合金、T1-30Mo中間合金、金屬鎘粉、金屬釔粉和零級海綿鈦，將所述原料混合后壓制成電極，然后將所述電極用真空自耗電弧爐經三次熔煉得到Φ150_的合金鑄錠，再將所述合金鑄錠在液壓鍛造機上進行開坯鍛造、4火次反復鐓拔鍛造和成形鍛造后得到釔元素改性ΤΒ2鈦合金鍛件，最后經固溶處理和過時效處理后得到厚度為60mm的釔元素改性TB2鈦合金板材。所述開坯鍛造的加熱溫度為1150°C，所述鐓拔鍛造的加熱溫度為1050°C，所述成形鍛造的加熱溫度為850°C，所述固溶處理的溫度為800°C，固溶處理的保溫時間為lh，所述過時效處理的溫度為560°C，過時效處理的保溫時間為8h。
[0046]本實施例釔元素改性TB2鈦合金板材的力學性能為Rm = 1195MPa，Rp0.2 =1115MPa, A = 13%, Z = 31%。
[0047]以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明做任何限制，凡是根據發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種釔元素改性TB2鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成:A12.5%?3.5%，Mo 4.7%?5.7%，Cr 7.5%?8.5%，V 4.7%?5.7%，Y 0.005%?0.1%，余量為Ti和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的一種釔元素改性TB2鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成:A1 3%?3.5%, Mo 5%?5.6%, Cr 7.5%?8.1%, V 5.2%?5.7%,Y 0.05%?0.1%，余量為Ti和不可避免的雜質。
3.根據權利要求2所述的一種釔元素改性TB2鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成:A1 3.24%,Mo 5.19%, Cr 8.09%，V5.21 %，Y 0.05%，余量為 Ti 和不可避免的雜質。
4.根據權利要求2所述的一種釔元素改性TB2鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成:A1 3.28%,Mo 5.58%, Cr 7.53%, V5.68%, Y 0.09%，余量為 Ti 和不可避免的雜質。
5.根據權利要求2所述的一種釔元素改性TB2鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成:A1 3.2%,Mo 5.46%, Cr 7.9%, V 5.42%, Y 0.1%，余量為Ti和不可避免的雜質。
【文檔編號】C22C14/00GK104404305SQ201410810252
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月22日 優先權日:2014年12月22日
【發明者】張鵬省, 侯智敏, 李思蘭, 尹雁飛, 毛小南, 趙永慶 申請人:西北有色金屬研究院