CN100460540C - 一种高强度高韧性钛合金 - Google Patents
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Abstract
一种高强度高韧性钛合金，它包括以金属钛为主成份，再加入少量的金属铝，金属钒，金属锆，杂质≤1%。本发明由于选择与钛形成α和β连续固溶体的锆，具有良好的晶粒细化组织，因此在不影响抗拉强度的同时，大大提高本发明的塑性及韧性。抗拉强度在980-1180MPa，延伸率在14-25%，比Ti-6Al-4V延伸率高出50%以上，具有良好机械性能及加工成型性能。本发明具有应用范围广，使用寿命长等特点，可以生产板、棒、丝、线、管、锻件、铸件等各种冶金产品可在航空航天、船舶制造、石化、冶金、体育、医疗、建筑等多种领域中得到应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛合金技术领域，具体地说是一种同时具有高强度高韧性钛合金。
背景技术
由于钛金属密度小，比强度高，弹性模量低，耐腐蚀性能好等多种优点，被广泛地应用航空、海洋、化工、医疗、装饰及体育用品等多种行业。
Ti-6Al-4V作为一种α+β两相中强度合金，更是被广泛地应用到各行各业中去，但在实际应用过程中，由于Ti-6Al-4V强度较高，在退火状态下，某些行业既要求Ti-6Al-4V在高强度环境下工作，同时又要求Ti-6Al-4V具有良好的韧性。高强度与良好的韧性本身就是矛盾，在保证高强度的同时，韧性很难稳定，这在实际生产过程中及在行业应用中有明显表现。例如：高尔夫球头对打击球面的强度、塑性及韧性要求都很高，目前在国内生产的Ti-6Al-4V材料，抗拉强度≥1000Mpa，特别高于1100Mpa时，钛合金延伸率很难达到15％，并且不稳定。在国内其他行业中也有对Ti-6Al-4V强度及韧性的要求，包括稳定性，但均未能解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种既具有高强度又具有优良延伸率的高强度高韧性钛合金。
本发明的目的是这样实现的：它包括以下的组份和重量百分比：金属铝5.5-6.8％，金属钒3.5-4.5％，金属锆0.3-1％，杂质≤1％，余量为金属钛。
本发明还包括如下所述优选的组份和重量百分比：金属铝5.8-6.5％，金属钒3.7-4.3％，金属锆0.3-0.5％，杂质≤1％，余量为金属钛。
本发明是在不影响强度的同时，又可以保证延伸率≥14％，我们经过大量实验，最终采取加锆(Zr)的方式。之所以选择锆的原因，是由于锆属于钛的同族元素，原子半径与钛相差不多，与钛可以形成α和β连续固溶体，对于钛材本身的金相组织，晶粒晶格结构不会产生任何影响，并且有着细化晶粒，提高塑性及韧性作用。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明由于选择与钛形成α和β连续固溶体的Zr，具有良好的晶粒细化组织，因此在不影响抗拉强度的同时，大大提高本发明钛合金的塑性及韧性。
2、抗拉强度980-1180Mpa，延伸率14-25％，比Ti-6Al-4V延伸率高出50％以上，具有良好机械性能及加工成型性能。
3、本发明具有应用范围广，使用寿命长等特点，可以生产板、棒、丝、线、管、锻件、铸件等各种冶金产品。可在航空航天、船舶制造、石化、冶金、体育、医疗、建筑等多种领域中得到应用。
下面将通过实例对发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
实施例1：
以海绵钛、纯锆粉、纯铝、铝钒合金为原料配制合金料，各组分的设计质量分别为海绵钛及杂质89.6千克，铝(Al)6千克，钒(V)4千克，锆(Zr)0.4千克，压制电极后进行二次真空电弧自耗熔炼，铸锭1050-1150℃开坯，850-950℃加工成合金板，总变动量控制在75-95％之间。上述加工工艺按现有技术的方法进行即可。
实施例2：
以海绵钛、纯锆粉、纯铝、铝钒合金为原料配制合金料，各组分的设计质量分别为海绵钛及杂质89.9千克，铝(Al)5.5千克，钒(V)4.3千克，锆(Zr)0.3千克，压制电极后进行二次真空电弧自耗熔炼，铸锭1050-1150℃开坯，850-950℃加工成合金板，总变动量控制在75-95％之间。上述加工工艺按现有技术的方法进行即可。
实施例3：
以海绵钛、纯锆粉、纯铝、铝钒合金为原料配制合金料，各组分的设计质量分别为海绵钛及杂质88.2千克，铝(Al)6.8千克，钒(V)4千克，锆(Zr)1千克，压制电极后进行二次真空电弧自耗熔炼，铸锭1050-1150℃开坯，850-950℃加工成合金板，总变动量控制在75-95％之间。上述加工工艺按现有技术的方法进行即可。
实施例4：
以海绵钛、纯锆粉、纯铝、铝钒合金为原料配制合金料，各组分的设计质量分别为海绵钛及杂质89.4千克，铝(Al)5.8千克，钒(V)4.5千克，锆(Zr)0.3千克，压制电极后进行二次真空电弧自耗熔炼，铸锭1050-1150℃开坯，850-950℃加工成合金板，总变动量控制在75-95％之间。上述加工工艺按现有技术的方法进行即可。
实施例5：
以海绵钛、纯锆粉、纯铝、铝钒合金为原料配制合金料，各组分的设计质量分别为海绵钛及杂质89.3千克，铝(Al)6.5千克，钒(V)3.7千克，锆(Zr)0.5千克，压制电极后进行二次真空电弧自耗熔炼，铸锭1050-1150℃开坯，850-950℃加工成合金板，总变动量控制在75-95％之间。上述加工工艺按现有技术的方法进行即可。
实施例6：
以海绵钛、纯锆粉、纯铝、铝钒合金为原料配制合金料，各组分的设计质量分别为海绵钛及杂质88.5千克，铝(Al)6.8千克，钒(V)3.7千克，锆(Zr)1千克，压制电极后进行二次真空电弧自耗熔炼，铸锭1050-1150℃开坯，850-950℃加工成合金板，总变动量控制在75-95％之间。上述加工工艺按现有技术的方法进行即可。
实施例7：
以海绵钛、纯锆粉、纯铝、铝钒合金为原料配制合金料，各组分的设计质量分别为海绵钛及杂质89.5千克，铝(Al)6.5千克，钒(V)3.5千克，锆(Zr)0.5千克，压制电极后进行二次真空电弧自耗熔炼，铸锭1050-1150℃开坯，850-950℃加工成合金板，总变动量控制在75-95％之间。上述加工工艺按现有技术的方法进行即可。
实施例8：
以海绵钛、纯锆粉、纯铝、铝钒合金为原料配制合金料，各组分的设计质量分别为海绵钛及杂质89.2千克，铝(Al)6.3千克，钒(V)4.1千克，锆(Zr)0.4千克，压制电极后进行二次真空电弧自耗熔炼，铸锭1050-1150℃开坯，850-950℃加工成合金板，总变动量控制在75-95％之间。上述加工工艺按现有技术的方法进行即可。
高尔夫球头材料力学性能及炮击试验对比表
| 合金牌号 | 状态 | 抗拉强度σ<sub>b</sub>/MPa | 屈服强度σ<sub>0.2</sub>/Mpa | 延伸率δ<sub>5</sub>/％ | 炮击试验至产生裂纹打击次数 | 来源 |
| TC4 | 退火 | 895 | 825 | 10 | 2000 | GB13810-97 |
| 发明合金实例1 | 退火 | 1130 | 1100 | 18 | 7000 | 实测 |
| 发明合金实例2 | 退火 | 1060 | 1040 | 16 | 6500 | 实测 |
| 发明合金实例3 | 退火 | 1170 | 1120 | 15 | 6000 | 实测 |
| 发明合金实例4 | 退火 | 990 | 950 | 24 | 8000 | 实测 |
| 发明合金实例5 | 退火 | 1020 | 990 | 23 | 7500 | 实测 |
| 发明合金实例6 | 退火 | 1030 | 1010 | 25 | 7500 | 实测 |
| 发明合金实例7 | 退火 | 1030 | 1000 | 23 | 7500 | 实测 |
| 发明合金实例8 | 退火 | 1100 | 1060 | 17 | 6300 | 实测 |
高尔夫球头制造业以对球头的打击面做炮击试验为是否合格品。标准炮击试验是以球速4次/秒为底线，速度按6次/秒、8次/秒……递增，至炮击2000次不破裂为准，但各生产厂家都希望炮击能有更大的突破以实现高端产品的使用，那么本发明钛合金材料在高尔夫球头炮击试验中，按以上试验进行，以达到炮击次数6000次以上表面无裂纹，达到了钛合金材料在具有高强度的同时，又具有很高的韧性及塑性。相信这种高强度、高韧性钛合金材料在其他行业中也将有广泛的应用。
Claims (2)
1.一种高强度高韧性钛合金，它由以下的组份和重量百分比组成：金属铝5.5-6.8％，金属钒3.5-4.5％，金属锆0.3-1％，杂质≤1％，余量为金属钛。
2.根据权利要求1所述的高强度高韧性钛合金，其特征是：所述的组份和重量百分比：金属铝5.8-6.5％，金属钒3.7-4.3％，金属锆0.3-0.5％，杂质≤1％，余量为金属钛。
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