CN101403058A - 一种低成本α+β型钛合金 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本α+β型钛合金，所述钛合金按重量百分比计由铝4.5－8％、铬0.3－3％、铁0.3－2％，其余为钛和不可避免的杂质组成。其中还可含有钼0－3％、锡0－3％或锆0－3％。本发明的α+β型钛合金组成元素成本较低而综合力学性能与Ti－6Al－4V相当，从而在降低钛合金制造成本的同时提高了性价比，其市场前景广阔。

Description

一种低成本α+β型钛合金
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体地说涉及一种低成本α+β型钛合金。
背景技术
α+β型钛合金广泛应用于航空、航天、汽车、高尔夫球杆头、自行车等领域，其典型代表是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金。Ti-6Al-4V合金具有良好的综合性能。目前Ti-6A1-4V合金使用量已占全部钛合金的一半以上，但由于Ti-6Al-4V合金含有贵金属钒，其价格也相当的昂贵。
发明内容
有鉴于此，为了克服Ti-6Al-4V合金价格昂贵致使其性价比较低的缺点，本发明提供性价比明显优于Ti-6Al-4V合金的α+β型钛合金。
本发明的低成本α+β型钛合金，所述钛合金由以下重量百分比组分组成：铝4.5-8％、铬0.3-3％、铁0.3-2％，其余为钛和不可避免的杂质。
进一步，按重量百分比计，铝6.0％、铬1.0％、铁0.8％，其余为钛和不可避免的杂质。
本发明的另一种低成本α+β型钛合金，所述钛合金由以下重量百分比组分组成：铝4.5-8％、铬0.3-3％、铁0.3-2％、钼0-3％，其余为钛和不可避免的杂质。
进一步，按重量百分比计，铝6.0％、铬0.3％、铁1.0％、钼0.8％，其余为钛和不可避免的杂质。
本发明提供的第三种低成本α+β型钛合金，所述钛合金由以下重量百分比组分组成：铝4.5-8％、铬0.3-3％、铁0.3-2％、锆0-3％，其余为钛和不可避免的杂质。
进一步，按重量百分比计，铝5.2％、铬1.0％、铁1.0％、锆1.0％，其余为钛和不可避免的杂质。
本发明提供的第四种低成本α+β型钛合金，所述钛合金由以下重量百分比组分组成：铝4.5-8％、铬0.3-3％、铁0.3-2％、锡0-3％，其余为钛和不可避免的杂质。
进一步，按重量百分比计，铝5.2％、铬1.0％、铁1.0％、锡1.0％，其余为钛和不可避免的杂质。
所述杂质中碳、氢、氧、氮的总重量百分比小于0.4％。
本发明钛合金可采用熔铸压力加工法或粉末冶金法等钛合金的一般制备方法生产。控制杂质中碳、氢、氧、氮的总重量百分比不超过0.4。所述铬元素以铝铬中间合金形式加入，铁以铝铁中间合金形式加入，钼以铝钼中间合金的形式加入，锡以铝锡中间合金的形式加入，锆以海绵锆的形式加入，以确保合金成分的准确性和均匀性从而确保合金材料性能的一致性。
本发明α+β型钛合金与Ti-6A1-4V相比，不含贵金属钒，以价格便宜的金属替代钒从而降低了钛合金的制造成本；综合力学性能与Ti-6Al-4V相当，因此本发明钛合金比Ti-6Al-4V合金具有更优越的性价比，市场前景广阔。
具体实施方式
实施例1
采用熔铸压力加工法制造本发明钛合金，具体按合金成分配料，合金的重量百分比组成为：铝6.0％，铬1.0％，铁0.8％，其余为钛和不可避免的杂质，其中铬元素以铝铬中间合金形式加入，铁元素以铝铁中间合金形式加入。将以上合金元素组成电极采用二次真空自耗熔炼成铸锭，熔炼真空度要求低于1Pa。在熔炼过程中，控制碳、氢、氧、氮元素的总重量百分比不超过0.4。铸锭在1000～1200℃进行开坯锻造，然后在900～1000℃制成板坯。接着进行热轧，热轧温度在800～1000℃之间，热轧板经退火处理后冷轧得到钛合金板材。
将制得的钛合金板(厚度为1.2mm)经测试，室温下的力学性能如下表1.1
表1.1本发明钛合金室温力学性能
  取样方向   屈服强度(MPa)   抗拉强度(MPa)   伸长率(％)
  轧向   870   1000   16
  垂直轧向   895   930   16.5
实施例2
采用熔铸压力加工法制造本发明钛合金，具体按合金成分配料，合金的重量百分比组成为：铝5.0％，铬1.0％，铁1.0％，其余为钛和不可避免的杂质，其中铬元素以铝铬中间合金形式加入，铁元素以铝铁中间合金形式加入。将以上合金元素组成电极采用二次真空自耗熔炼成铸锭，熔炼真空度要求低于1Pa。在熔炼过程中，控制碳、氢、氧、氮元素的总重量百分比不超过0.4。铸锭在1000～1200℃进行开坯锻造，然后在900～1000℃制成板坯。接着进行热轧，热轧温度在800～1000℃之间，热轧板经退火处理后冷轧得到钛合金板材。
将制得的钛合金板(厚度为1.2mm)经测试，室温下的力学性能如下表2.1
表2.1本发明钛合金室温力学性能
  取样方向   屈服强度(MPa)   抗拉强度(MPa)   伸长率(％)
  轧向   835   785   18
  垂直轧向   775   830   34
实施例3
实施例3基本与实施例1相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝6.0％，铬0.3％，铁1.0％，钼0.8％，其余为钛和不可避免的杂质，钼以铝钼中间合金的形式加入。
将制得的钛合金板(厚度为1.2mm)经测试，室温下的力学性能如下表3.1
表3.1本发明钛合金室温力学性能
  取样方向   屈服强度(MPa)   抗拉强度(MPa)   伸长率(％)
  轧向   880   1015   16.5
  垂直轧向   900   945   18
实施例4
实施例4基本与实施例1相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝8.0％，铬2.0％，铁0.3％，其余为钛和不可避免的杂质。
实施例5
实施例5基本与实施例3相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝5％，铬1.0％，铁1.0％，钼0.8％其余为钛和不可避免的杂质。
实施例6
实施例6基本与实施例1相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝7.0％，铬0.3％，铁1.0％，其余为钛和不可避免的杂质。
实施例7
实施例7基本与实施例1相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝5.0％，铬0.7％，铁0.7％，其余为钛和不可避免的杂质。
将制得的钛合金板(厚度为0.8mm)经测试，室温下的力学性能如下表4.1
表4.1本发明钛合金室温力学性能
  取样方向   屈服强度(MPa)   抗拉强度(MPa)   伸长率(％)
  轧向   805   885   31
  垂直轧向   823   853   29
实施例8
实施例8基本与实施例3相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝8.0％，铬2.0％，铁0.3％，钼0.9％其余为钛和不可避免的杂质。
实施例9
实施例9基本与实施例3相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝5.0％，铬2.0％，铁2.0％，钼0.7％其余为钛和不可避免的杂质。
实施例10
实施例10基本与实施例3相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝7.0％，铬0.3％，铁1.0％，钼0.5％其余为钛和不可避免的杂质。
实施例11
实施例11基本与实施例3相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝5.0％，铬0.7％，铁0.7％，钼0.7％其余为钛和不可避免的杂质。将制得的钛合金板(厚度为0.8mm)经测试，室温下的力学性能如下表5.1
表5.1本发明钛合金室温力学性能
  取样方向   屈服强度(MPa)   抗拉强度(MPa)   伸长率(％)
  轧向   818   908   22
  垂直轧向   845   883   28
实施例12
实施例12基本与实施例3相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝5.0％，铬1％，铁1％，钼0.7％其余为钛和不可避免的杂质。
将制得的钛合金板(厚度为0.8mm)经测试，室温下的力学性能如下表6.1
表6.1本发明钛合金室温力学性能
  取样方向   屈服强度(MPa)   抗拉强度(MPa)   伸长率(％)
  轧向   823   942   24
  垂直轧向   860   918   27
实施例13
采用熔铸压力加工法制造本发明钛合金，具体按合金成分配料，合金的重量百分比组成为：铝5.2％，铬1.0％，铁1.0％，锡1.0％，其余为钛和不可避免的杂质，其中铬元素以铝铬中间合金形式加入，铁元素以铝铁中间合金形式加入，锡元素以铝锡中间合金形式加入。将以上合金元素组成电极采用二次真空自耗熔炼成铸锭，熔炼真空度要求低于1Pa。在熔炼过程中，控制碳、氢、氧、氮元素的总重量百分比不超过0.4。铸锭在1000～1200℃进行开坯锻造，然后在900～1000℃制成板坯。接着进行热轧，热轧温度在800～1000℃之间，热轧板经退火处理后冷轧得到钛合金板材。
将制得的钛合金板(厚度为0.8mm)经测试，室温下的力学性能如下表1.1
表7.1本发明钛合金室温力学性能
  取样方向   屈服强度(MPa)   抗拉强度(MPa)   伸长率(％)
  轧向   848   950   24
  垂直轧向   853   943   28
实施例14
采用熔铸压力加工法制造本发明钛合金，具体按合金成分配料，合金的重量百分比组成为：铝5.2％，铬1.0％，铁1.0％，锆1.0％其余为钛和不可避免的杂质，其中铬元素以铝铬中间合金形式加入，铁元素以铝铁中间合金形式加入，锆以海绵锆的形式加入。将以上合金元素组成电极采用二次真空自耗熔炼成铸锭，熔炼真空度要求低于1Pa。在熔炼过程中，控制碳、氢、氧、氮元素的总重量百分比不超过0.4。铸锭在1000～1200℃进行开坯锻造，然后在900～1000℃制成板坯。接着进行热轧，热轧温度在800～1000℃之间，热轧板经退火处理后冷轧得到钛合金板材。
将制得的钛合金板(厚度为0.8mm)经测试，室温下的力学性能如下表2.1
表8.1本发明钛合金室温力学性能
  取样方向   屈服强度(MPa)   抗拉强度(MPa)   伸长率(％)
  轧向   860   968   24
  垂直轧向   920   953   25
实施例15
实施例15基本与实施例13相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝6.0％，铬0.3％，铁1.0％，锡0.8％，其余为钛和不可避免的杂质，钼以铝钼中间合金的形式加入。
实施例16
实施例16基本与实施例14相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝8.0％，铬2.0％，铁0.3％，锆2％，其余为钛和不可避免的杂质。
实施例17
实施例17基本与实施例13相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝4.5，铬2.0，铁2.0，锡2，其余为钛和不可避免的杂质。
实施例18
实施例18基本与实施例13相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝7.0，铬0.3，铁1.0，锡1.5其余为钛和不可避免的杂质。
实施例19
实施例19基本与实施例14相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝8.0，铬2.0，铁0.3，锆1.5其余为钛和不可避免的杂质。
实施例20
实施例20基本与实施例13相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝5.0，铬2.0，铁2.0，锡1.5其余为钛和不可避免的杂质。
实施例21
实施例21基本与实施例14相同，所不同之处在于，合金的重量百分比组成为：铝7.0，铬0.3，铁1.0，锆0.5其余为钛和不可避免的杂质。
比较实施例1-21钛合金与相同厚度的其他合金退火板材在室温下的综合性能，结果见表1.2。
表1.2本发明钛合金与其他合金室温性能比较
  牌号   厚度   屈服强度(MPa)  抗拉强度(MPa)   伸长率(％)
  BT5-1   0.3～10.5   930   -   10
  OT4-0   0.3～10.5   490～635   -   20～30
  SP700   0.8   1073   1023   10
  Ti-6Al-4V   0.8～2   870   925   ≥10
  本发明钛合金   0.8   780～900   870～1000   16～31
由表中数据可以看出，本发明钛合金的，室温综合力学性能在很多钛合金之上，而成本较低，具有优良性价比。

Claims (9)

1.一种低成本α+β型钛合金，其特征在于，所述钛合金由以下重量百分比组分组成：铝4.5-8％、铬0.3-3％、铁0.3-2％，其余为钛和不可避免的杂质。
2.按照权利要求1所述的低成本α+β型钛合金，其特征在于，按重量百分比计，铝6.0％、铬1.0％、铁0.8％，其余为钛和不可避免的杂质。
3.一种低成本α+β型钛合金，其特征在于，所述钛合金由以下重量百分比组分组成：铝4.5-8％、铬0.3-3％、铁0.3-2％、钼0-3％，其余为钛和不可避免的杂质。
4.按照权利要求3所述的低成本α+β型钛合金，其特征在于，按重量百分比计，铝6.0％、铬0.3％、铁1.0％、钼0.8％，其余为钛和不可避免的杂质。
5.一种低成本α+β型钛合金，其特征在于，所述钛合金由以下重量百分比组分组成：铝4.5-8％、铬0.3-3％、铁0.3-2％、锆0-3％，其余为钛和不可避免的杂质。
6.按照权利要求5所述的低成本α+β型钛合金，其特征在于，按重量百分比计，铝5.2％、铬1.0％、铁1.0％、锆1.0％，其余为钛和不可避免的杂质。
7.一种低成本α+β型钛合金，其特征在于，所述钛合金由以下重量百分比组分组成：铝4.5-8％、铬0.3-3％、铁0.3-2％、锡0-3％，其余为钛和不可避免的杂质。
8.按照权利要求7所述的低成本α+β型钛合金，其特征在于，所述钛合金由以下重量百分比组分组成：铝5.2％、铬1.0％、铁1.0％、锡1.0％，其余为钛和不可避免的杂质。
9.按照权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的α+β型钛合金，其特征在于：所述杂质中碳、氢、氧、氮的总重量百分比小于0.4％。
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