CN101348876B - 一种低成本高强度钛合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本高强度钛合金，该合金是采用Al-V或Fe-V中间合金、电解铬、纯钛或钛合金车屑、工业铁和海绵钛按设计成份混合压制电极，用常规真空自耗电弧炉二次熔炼铸成合金锭；该合金成份的重量百分比组成为：Al：4％-6％，V：1.9％-2.9％，Cr：1％-3％，Fe：1％-3％，余量为Ti和不可避免的杂质。与Ti-6Al-4V合金及现有高强度钛合金相比，本发明具有以下优点：该合金在保证高强度的情况下具有较高的塑性，成本低于Ti-6Al-4V，合金的热加工性良好，易于生产，适用了各应用领域对低成本高强度钛合金的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛合金，特别是涉及一种低成本高强度钛合金，它是一种多元强化的高强度α+β两相钛合金。
背景技术
Ti-6A1-4V为代表的α+β两相钛合金可热处理强化，并且具有较大的组织可变性，可以满足不同的服役条件，因此获得了广泛的应用。出于应用领域拓展的需要，进一步提高该类合金的强度并降低成本成为其重要的发展趋势。通常情况下，提高金属材料的强度会带来材料塑性的损失或成本的提高。对于α+β两相钛合金，增加合金中的β稳定元素是提高强度的基本方法。一方面足够的β稳定元素可以起到固溶强化的作用，另一方面可保留较多的亚稳β相以便在时效时分解从而提高析出强化效果。考虑成本因素，共析型的β稳定元素Cr、Fe比同晶型的β稳定元素Mo、V、Nb更有优势，而且其β稳定作用也更强，但是该类元素与钛及添加Al的钛形成的二元或三元系中，存在共析转变，在含量高时有可能生成化合物相，引起脆性。因此在使用共析型元素时，一般应搭配同晶型β稳定元素，这样可以降低脆性相析出的可能性。至于合金元素种类的选择及加入量和加入方式则需要根据性能、成本及加工性的匹配来决定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种生产成本低，并且在保证合金高强度的情况下仍具有较高塑性的低成本高强度钛合金。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低成本高强度钛合金，其特征在于该合金成份的重量百分比组成为：Al：4％-6％，V：1.9％-2.9％，Cr：1％-3％，Fe：1％-3％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述高强度指合金经简单退火或强化热处理后的抗拉强度≥1000MPa。
本发明的合金是采用Al-V或Fe-V中间合金、电解铬、纯钛或钛合金(含V、Fe、Al一种或几种元素)车屑、工业铁和海绵钛按设计成份混合压制电极，用常规真空自耗电弧炉二次熔炼铸成合金锭。
合金锭在1000℃-1150℃温度下开坯锻造，成品加工温度控制在750℃-900℃。合金成品经700℃-800℃/退火或720℃-860℃/固溶+500℃-600℃/时效处理后使用。
与Ti-6A1-4V合金及现有高强度钛合金相比，本发明具有以下优点：该合金在保证高强度的情况下具有较高的塑性，成本低于Ti-6Al-4V，合金的热加工性良好，易于生产，适用了各应用领域对低成本高强度钛合金的要求。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的方法作进一步说明。
本发明一种低成本高强度钛合金，采用Al-V或Fe-V中间合金、电解铬、纯钛或钛合金(含V、Fe、Al一种或几种元素)车屑、工业铁和海绵钛按设计成份混合压制电极，用常规真空自耗电弧炉二次熔炼铸成合金锭。其合金成份的重量百分比组成为：Al:4％-6％，V：1.9％-2.9％，Cr：1％-3％，Fe：l％-3％，余量为Ti和不可避免的杂质。本发明合金锭在1000℃-1150℃温度下开坯锻造，成品加工温度控制在750℃-900℃。合金成品经700℃-800℃/退火或720℃-860℃/淬火+500℃-600℃/时效处理后使用。合金热处理后的拉伸性能为：抗拉强度(σb)为1000MPa-1358MPa，屈服强度(σ0.2)为930MPa-1270MPa，延伸率(δ5)为9％-18％，断面收缩率(ψ)为20％-50％。
实施例1：
合金的成份为Ti-5.8Al-2.5V-2.2Cr-1.5Fe，即按重量百分比计为Al：5.8％，V：2.5％，Cr：2.2％，Fe：1.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。
原料配比按重量百分比计为：纯钛车屑20％、Al-85V中间合金2.9％、电解铬2.2％、工业铁1.5％、铝豆5.4％、1级海绵钛68％。
(1)合金锭在1150℃温度下开坯锻造，成品轧制温度控制在900℃，合金板材经860℃/空冷+500℃/空冷处理，合金成品板材的机械性能为：σb：1220MPa，σ0.2：1150MPa，δ：10％，ψ：40％。
(2)合金锭在1150℃温度下开坯锻造，成品轧制温度控制在850℃，合金板材经860℃/水冷+530℃/空冷处理，合金成品板材的机械性能为：σb：1300MPa，σ0.2：1250MPa，δ：9％，ψ：20％。
实施例2：
合金的成份为Ti-5.0Al--2.9V-2.0Cr-2.0Fe，即按重量百分比计为Al：5.0％，V：2.9％，Cr：2.0％，Fe：2.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。
原料配比按重量百分比计为：Ti-6Al-4V合金车屑10％、Fe-80V中间合金3.1％、电解铬2.0％、工业铁1.4％、铝豆4.4％、2级海绵钛79％。
(1)合金锭在1100℃温度下开坯锻造，成品棒材轧制温度控制在850℃，合金棒材经800℃/空冷+520℃/空冷处理，合金成品棒材的机械性能为：σb：1340MPa，σ0.2：1250MPa，δ：9％，ψ：25％。
(2)合金锭在1100℃温度下开坯锻造，成品丝材加工温度控制在800℃，合金丝材经750℃/空冷+520℃/空冷处理，合金成品丝材的机械性能为：σb：1230MPa，σ0.2：1170MPa，δ：13％，ψ：30％。
实施例3：
合金的成份为Ti-5.5Al-2.5V-1.2Cr-2.8Fe，即按重量百分比计为Al：5.5％，V：2.5％，Cr：1.2％，Fe：1.3％，余量为Ti和不可避免的杂质。
原料配比按重量百分比计为：Ti-6Al-4V合金车屑20％、Al-85V中间合金2％、电解铬1.2％、工业铁2.8％、铝豆4％、1级海绵钛70％
(1)合金锭在1100℃温度下开坯锻造，成品轧制温度控制在840℃，合金成品棒材经750℃/空冷+550℃/空冷处理，合金成品棒的机械性能为：σb：1200MPa，σ0.2：1150MPa，δ：13％，ψ：40％。
(2)合金锭在1100℃温度下开坯锻造，成品轧制温度控制在850℃，合金板材经750℃/空冷处理，合金成品棒材的机械性能为：σb：1070MPa，σ0.2：1040MPa，δ：18％，ψ：50％。
实施例4：
合金的成份为Ti-4.5Al-1.9V-2.8Cr-1.5Fe，即按重量百分比计为Al：4.5％，V：1.9％，Cr：2.8％，Fe：1.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。
原料配比按重量百分比计为：Ti-10V-2Fe-3Al合金车屑19％、电解铬2.8％、工业铁1.1％、铝豆3.9％、1级海绵钛73％。
(1)合金锭在1050℃温度下开坯锻造，成品棒材轧制温度控制在850℃，合金棒材经800℃/空冷+580℃/空冷处理，合金成品棒的机械性能为：σb：1180MPa，σ0.2：1120MPa，δ：10％，ψ：20％。
(2)合金锭在1050℃温度下开坯锻造，成品加工温度控制在800℃，合金成品棒材经720℃/水冷+520℃/空冷处理，合金成品棒的机械性能为：σb：1240MPa，σ0.2：1170MPa，δ：14％，ψ：30％。
实施例5：
合金的成份为Ti-4.2Al--2.9V-2.0Cr-1.2Fe，即Al：4.2％，V：2.9％，Cr：2.0％，Fe：1.2％，余量为Ti和不可避免的杂质。
原料配比按重量百分比计为：Fe-80V中间合金3.6％、电解铬2.0％、工业铁0.5％、铝豆4.2％、2级海绵钛89.7％。
(1)合金锭在1100℃温度下开坯锻造，成品棒材轧制温度控制在800℃，合金成品经800℃/空冷+600℃/空冷处理，合金成品棒材的机械性能为：σb：1140MPa，σ0.2：1100MPa，δ：9.5％，ψ：24％。
(2)合金锭在1100℃温度下开坯锻造，成品丝材加工温度控制在750℃，合金丝材经720℃/空冷处理，合金成品丝材的机械性能为：σb：1090MPa，σ0.2：1060MPa，δ：14％，ψ：30％。
Claims (1)
1.一种低成本高强度钛合金，其特征在于该合金成份的重量百分比组成为：Al：4％-6％，V：1.9％-2.9％，Cr：1％-3％，Fe：1％-3％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述高强度指合金经退火或热处理后的抗拉强度≥1000MPa。
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