CN101200781A - 一种含硅的钛合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含硅的钛合金，其组份和含量为：8～16重量％的钼，1.75～3.3重量％的铝，3～8重量％的铬和铌中的一种或两种，小于等于2重量％的锆，0.2～0.3重量％的硅，小于等于0.15重量％的氧，0.0～0.15重量％的碳，0.0～0.01重量％的氮，0.0～0.02重量％的氢，余量为钛。本发明的钛合金利用硅元素在钛合金中形成Ti(Zr)5Si3硅化物的第二相粒子强化作用，并利用钛合金小规格丝棒材成形过程中变形充分，晶粒被充分破碎，晶粒细小，可充分发挥细晶强化和弥散时效析出强化作用，使其抗拉强度大于1400MPa。且保持良好的塑性。利用本发明合金可制作超高强弹簧、紧固件及有超高度要求的各种小截面构件。

Description

一种含硅的钛合金
技术领域
本发明涉及一种钛合金，特别涉及一种含硅的钛合金。
背景技术
理论计算表明在仅考虑强度的前提条件下，钛合金替代超高强度钢，抗拉强度达1300MPa时，可减重11％；达1500MPa时，可减重23％；达1800MPa时，可减重36％。因而，针对各种具体应用的特点，提高钛合金的强度水平，充分利用钛合金比强度高的特点，减轻各种飞行器的重量，提高结构效益，一直是钛合金在宇航工业应用上的重要研究方向。
钛合金中，近β和亚稳定β钛合金是高强和超高强钛合金应用的主要类型。20世纪五十年代美国Rem Cro Titanium公司研制出第一个高强β钛合金B120VCA(Ti-13V-11Cr-3Al)问世以来，针对不同的应用，各国相继研制出了多个牌号的高强和超高强钛合金。如美国的βc(Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo)合金制备的弹簧的强度水平为1240～1450MPa，冷变形时效后Timetal125(Ti-2.7Al-6V-6Mo-5.7Fe)合金丝材的强度可达1620MPa，延伸率为6％。
但如何研制一种用于小规格丝棒材的超高强度钛合金是本技术领域急待解决的问题。
本发明人经过实验发现，含硅的钛合金可以达到上述效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于小规格丝棒材的超高强度钛合金。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种含硅的钛合金，其组份和含量为：8～16重量％的钼，1.75～3.3重量％的铝，3～8重量％的铬和铌中的一种或两种，0.0～2重量％的锆，0.2～0.3重量％的硅，0.0～0.15重量％的氧，0.0～0.15重量％的碳，0.0～0.01重量％的氮，0.0～0.02重量％的氢，余量为钛。
一种优选技术方案，其特征在于：所述3-8重量％的铬中，3-5重量％的铬被等量的钴所取代。
本发明的合金可用市售的纯金属和中间合金利用真空自耗熔炼、凝壳炉熔炼、等离子束熔炼、电子束熔炼、悬浮炉熔炼等多种熔炼方法熔炼，也可采用这些方法的组合。上述的熔炼方法均为常规的熔炼方法。
本发明合金的铸锭在相变点以上开坯，然后逐渐降温进行中间锻造或轧制，制成轧制用棒坯。棒坯在相变点上、下50℃范围内加热，然后采用横列式或纵列式轧机轧制成棒材，总变形量应控制在不小于75％，轧制成的棒材采用固溶时效处理或直接时效处理，即可制成超高强度的棒材。
本发明的优点是：硅元素在钛合金中形成Ti(Zr)5Si3第二相粒子，可起到第二相粒子的强化作用。本发明的钛合金利用硅元素在钛合金中形成Ti(Zr)5Si3硅化物的第二相粒子强化作用，并利用钛合金小规格丝棒材成形过程中变形充分，晶粒被充分破碎，晶粒细小，可充分发挥细晶强化和弥散时效析出强化作用，使其抗拉强度大于1400Mpa。且保持良好的塑性。利用本发明合金可制作超高强弹簧、紧固件及有超高度要求的各种小截面构件。
下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
具体实施方式
实施例1
将市售的海绵钛、海绵锆、纯铬、钛钼中间合金、铝铌中间合金和铝硅中间合金按表1的成分配比制备成电极块，电极块在真空等离子箱内焊接成真空自耗电极，然后进行三次真空自耗熔炼制成铸锭。铸锭在1150℃开坯锻造，经过中间锻造后制成φ35mm的轧制棒坯，棒坯加热到750℃后，在横列式轧机上轧制成φ15mm棒材。轧制成的棒材经过表2中所列的热处理制度处理后，按GB/T228-2002的要求进行力学性能溅试，其力学性能见表2。
表1实施例1中合金的配比成分
  化学成分 Mo Cr Nb Zr Al Si 0 C H N Ti
  含量   8   5   3   2   1.75   0.25   0.13   0.05   0.005   0.006   余量
表2实施例1中棒材的力学性能
  热处理制度  Rm(MPa)   Rp0.2(MPa)   A(％)   Z(％)
  750℃/30min/AC+520℃/6h/AC   1470   1450   11.5   45
  540℃/4h/AC   1475   1455   10.5   40
实施例2
将市售的海绵钛、海绵锆、纯钴、钛钼中间合金和铝硅中间合金按表3的成分配比制备成电极块，电极块在真空等离子箱内焊接成真空自耗电极，然后进行三次真空自耗熔炼制成铸锭。铸锭在1150℃开坯锻造，经过中间锻造后制成φ35mm的轧制棒坯，棒坯加热到800℃后，在横列式轧机上轧制成φ15mm棒材。轧制成的棒材经过表4中所列的热处理制度处理后，按GB/T228-2002的要求进行力学性能测试，其力学性能见表4。
表3实施例2中合金的配比成分
  化学成分   Mo   Co   Zr   Al   Si   O   C   H   N   Ti
  含量   12   4   1   3.2   0.2   0.10   0.05   0.005   0.006   余量
表4实施例2中棒材的力学性能
  热处理制度   Rm(MPa)   Rp0.2(MPa)   A(％)   Z(％)
  790℃/30min/AC+500℃/6h/AC   1480   1450   9.0   33
  500℃/8h/AC   1520   1480   8.5   26
实施例3
将市售的海绵钛、海绵锆、钛钼中间合金、铝铌中间合金和铝硅中间合金按表5的成分配比制备成电极块，电极块在真空等离子箱内焊接成真空自耗电极，第一次和第三次熔炼在真空自耗炉中进行，第二次熔炼在凝壳炉中进行。铸锭在1150℃开坯锻造，经过中间锻造后制成φ35mm的轧制棒坯，棒坯加热到830℃后，在横列式轧机上轧制成φ15mm棒材。轧制成的棒材经过表6中所列的热处理制度处理后，按GB/T228-2002的要求进行力学性能测试，其力学性能见表6。
表5实施例3中合金的配比成分
  化学成分   Mo   Nb   Zr   Al   Si   0   C   H   N   Ti
  含量   16   4   1   3   0.20   0.13   0.05   0.005   0.006   余量
表6实施例3中棒材的力学性能
  热处理制度   Rm(MPa) Rp0.2(MPa)   A(％)   Z(％)
  790℃/30min/AC+500℃/6h/AC   1510   1480   7.0   23
实施例4
将市售的海绵钛、海绵锆、纯铬、钛钼中间合金、铝铌中间合金和铝硅中间合金按表5的成分配比制备成电极块，电极块在真空等离子箱内焊接成真空自耗电极，第一次和第三次熔炼在真空自耗炉中进行，第二次熔炼在凝壳炉中进行。铸锭在1150℃开坯锻造，经过中间锻造后制成φ35mm的轧制棒坯，棒坯加热到830℃后，在横列式轧机上轧制成φ15mm棒材。轧制成的棒材经过表7中所列的热处理制度处理后，按GB/T228-2002的要求进行力学性能测试，其力学性能见表7。
表6实施例4中合金的配比成分
  化学成分   Mo   Cr   Zr   Al   Si   0   C   H   N   Ti
  含量   16   3   1   3   0.20   0.13   0.05   0.005   0.006   余量
表7实施例4中棒材的力学性能
  热处理制度   Rm(MPa)   Rp0.2(MPa)   A(％)   Z(％)
  790℃/30min/AC+500℃/6h/AC   1511   1482   7.0   23
实施例5
将市售的海绵钛、海绵锆、钛钼中间合金、铝铌中间合金和铝硅中间合金按表5的成分配比制备成电极块，电极块在真空等离子箱内焊接成真空自耗电极，第一次和第三次熔炼在真空自耗炉中进行，第二次熔炼在凝壳炉中进行。铸锭在1150℃开坯锻造，经过中间锻造后制成φ35mm的轧制棒坯，棒坯加热到830℃后，在横列式轧机上轧制成φ15mm棒材。轧制成的棒材经过表9中所列的热处理制度处理后，按GB/T228-2002的要求进行力学性能测试，其力学性能见表9。
表8实施例5中合金的配比成分
  化学成分   Mo   Nb   Zr   Al   Si   0   C   H   N   Ti
  含量   16   8   1   3.3   0.30   0.15   0.15   0.02   0.01   余量
表9实施例3中棒材的力学性能
  热处理制度  Rm(MPa)   Rp0.2(MPa)   A(％)   Z(％)
  790℃/30min/AC+500℃/6b/AC   1520   1481   7.0   23

Claims (2)

1.一种含硅的钛合金，其组份和含量为：8～16重量％的钼，1.75～3.3重量％的铝，3～8重量％的铬和铌中的一种或两种，0.0～2重量％的锆，0.2～0.3重量％的硅，0.0～0.15重量％的氧，0.0～0.15重量％的碳，0.0～0.01重量％的氮，0.0～0.02重量％的氢，余量为钛。
2.根据权利要求1所述的含硅的钛合金，其特征在于：所述3-8重量％的铬中，3-5重量％的铬被等量的钴所取代。
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