CN101451206B - 一种超高强度钛合金 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超高强度钛合金，该合金成分的质量百分数为Al4.7～5.8，Mo 4.9～6.0，V 4.5～5.5，Cr 2.5～3.5，Fe 0.6～1.3，Ti余量；其中：杂质含量O＜0.1，Cr与Fe含量之和小于等于Mo含量。本发明钛合金在塑性没有明显降低的情况下，强度能够达到1400MPa级别。该合金应用后，在满足承力条件情况下，能够明显减轻结构件重量，与传统1100MPa强度级别钛合金相比，减重达20％。该合金可以用于各种需要高强度材料的部位，如飞机起落架承力臂、大型承重件，350℃以下用发动机用材料等。
Description
技术领域
本发明涉及高强度钛合金领域，特别提供了一种超高强度钛合金。
背景技术
钛在地壳中的含量为0.63％，居地球各种元素的第九位，按金属元素计为第七位，而按金属结构材计，仅次于铝、铁、镁而居第四位。金属钛的生产方法是对金红石矿物进行氯化处理，形成四氯化钛，然后再用钠或镁还原(分别为Huntor和Kroll法)，将所得到的海绵钛添加合金元素并压实成电极，再用真空自耗电极弧法熔炼。一般是将所得到的钛锭重熔一次或两次，再热加工和冷加工成厚板、薄板、棒材、管材与型材等，最后深加工成各种实用形状的零件。
钛及其合金的密度为4.5g/cm3左右，仅为钢的58％。钛合金的比强度、比刚度高，抗腐蚀性能和结合性能良好，高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料。随着科学技术的发展，钛合金在国防、民用等方面有了进一步的应用。目前代表国际先进水平、并在飞机上获得实际应用的高强度钛合金主要有亚稳定β型合金Ti-15-3，β21S，近β型合金Ti-1023和α-β型两相钛合金VT22。传统高强度钛合金(如Ti-1023、VT22)，室温强度能够达到1100MPa。
本发明合金在塑性没有明显降低的情况下，强度能够达到1400MPa级别。该合金应用后，在满足承力条件情况下，能够明显减轻结构件重量， 与传统1100MPa强度级别钛合金相比，减重达20％。该合金可以用于各种需要高强度材料的部位，如飞机起落架承力臂、大型承重件，350℃以下用发动机用材料等。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高强度钛合金，该合金在塑性没有明显降低的情况下，强度能够达到1400MPa级别。
本发明提供的超高强度钛合金，该合金成分的质量百分数为Al4.7～5.8，Mo 4.9～6.0，V 4.5～5.5，Cr 2.5～3.5，Fe 0.6～1.3，Ti余量；其中：杂质含量O＜0.1，Cr与Fe含量之和小于等于Mo含量。
本发明提供了超高强度钛合金的制备方法，所述合金用真空自耗电弧炉熔炼3次，1100～1200℃开坯，测定相变点，在相变点以上20～30℃变形2次，相变点以下20～40℃变形1次，然后进行热处理。
本发明钛合金性能：杨氏模量E为112Gpa；剪切模量G为43.3Gpa；泊松比μ为0.30。
本发明合金在塑性没有明显降低的情况下，强度能够达到1400MPa级别。该合金应用后，在满足承力条件情况下，能够明显减轻结构件重量，与传统1100MPa强度级别钛合金相比，减重达20％。该合金可以用于各种需要高强度材料的部位，如飞机起落架承力臂、大型承重件，350℃以下用发动机用材料等。
实施例1
具体实施方式
本发明Ti-5.25Al-5.3Mo-5V-3Cr-0.95Fe(No.1)合金采用真空自耗电弧炉，进行3次熔炼，1150℃开坯，测定相变点，在相变点以上25℃变形2次，相变点以下30℃变形1次，然后进行热处理。
表1不同热处理制度(No.1)的比较
| 热处理制度 | 屈服强度 (MPa) | 抗拉强度 (MPa) | 延伸率 (％) | 面缩 (％) |
| 780℃，2h，AC+550℃，4h，AC | 1410 | 1470 | 12 | 32 |
| 800℃，2h，AC+500℃，4h，AC | 1640 | 1730 | 4.5 | 6.5 |
| 800℃，2h，AC+550℃，4h，AC | 1490 | 1560 | 8.5 | 18.5 |
| 820℃，2h，AC+500℃，4h，AC | 1440 | 1490 | 7.0 | 10.5 |
由表1可知，本发明Ti-5.25Al-5.3Mo-5V-3Cr-0.95Fe合金的屈服强度和抗拉强度都在1400MPa以上，比传统钛合金强度高。
实施例2
本发明Ti-5.25Al-5.3Mo-5V-2Cr-0.95Fe(No.2)合金采用真空自耗电弧炉，进行3次熔炼，1150℃开坯，测定相变点，在相变点以上25℃变形2次，相变点以下30℃变形1次，然后进行热处理。
表2不同热处理制度(No.2)的比较
| 热处理制度 | 屈服强度 (MPa) | 抗拉强度 (MPa) | 延伸率 (％) | 面缩(％) |
| 800℃，2h，AC+500℃，4h，AC | 1570 | 1630 | 8.0 | 12.5 |
| 800℃，2h，AC+550℃，4h，AC | 1420 | 1490 | 9.0 | 21.0 |
| 780℃，2h，AC+550℃，4h，AC | 1410 | 1490 | 9.0 | 26.0 |
由表2可知，本发明Ti-5.25Al-5.3Mo-5V-2Cr-0.95Fe合金的屈服强度和抗拉强度都在1400MPa以上，比传统钛合金强度高。
实施例3
本发明Ti-5.25Al-5.3Mo-5V-4Cr-0.95Fe(No.3)合金采用真空自耗电弧炉，进行3次熔炼，1150℃开坯，测定相变点，在相变点以上25℃变形2次，相变点以下30℃变形1次，然后进行热处理。
表3不同热处理制度(No.3)的比较
| 热处理制度 | 屈服强度 (MPa) | 抗拉强度 (Mea) | 延伸率 (％) | 面缩(％) |
| 780℃，2h，AC+550℃，4h，AC | 1410 | 1480 | 10.0 | 24.5 |
| 780℃，2h，AC+500℃，4h，AC | 1510 | 1580 | 8.0 | 17.0 |
由表3可知，本发明Ti-5.25Al-5.3Mo-5V-4Cr-0.95Fe合金的屈服强度和抗拉强度都在1400MPa以上，比传统钛合金强度高
实施例4
本发明Ti-5.25Al-5.3Mo-5V-3Cr-0.95Fe(No.1)合金和Ti-1023合金分别采用真空自耗电弧炉，进行3次熔炼，1150℃开坯，测定相变点，在相 变点以上25℃变形2次，相变点以下30℃变形1次，然后进行热处理。
表4 No.1合金和Ti-1023合金的比较
| 合金 | 屈服强度 (MPa) | 抗拉强度 (MPa) | 延伸率 (％) | 面缩 (％) |
| Ti-1023 | 980 | 1020 | 12 | 50 |
| Ti-5.25Al-5.3Mo-5V-3Cr-0.95Fe | 1490 | 1560 | 8.5 | 18.5 |
由表4可知，本发明Ti-5.25Al-5.3Mo-5V-3Cr-0.95Fe合金的屈服强度和抗拉强度比传统钛合金(Ti-1023)高。
实施例5
本发明Ti-5.25Al-5.3Mo-5V-3Cr-0.95Fe(No.1)合金和VT22合金分别采用真空自耗电弧炉，进行3次熔炼，1150℃开坯，测定相变点，在相变点以上25℃变形2次，相变点以下30℃变形1次，然后进行热处理。
表5 No.1合金和VT22合金的比较
| 合金 | 屈服强度 (MPa) | 抗拉强度 (MPa) | 延伸率 (％) | 面缩 (％) |
| VT22 | 1050 | 1100 | 12 | 50 |
| Ti-5.25Al-5.3Mo-5V-3Cr-0.95Fe | 1410 | 1470 | 12 | 32 |
由表5可知，本发明Ti-5.25Al-5.3Mo-5V-3Cr-0.95Fe合金的屈服强度和抗拉强度比传统钛合金(VT22)高。
Claims (1)
1.一种超高强度钛合金，其特征在于：该合金成分的质量百分数为Al4.7～5.8，Mo 4.9～6.0，V 4.5～5.5，Cr 2.5～3.5，Fe 0.6～1.3，Ti余量；其中：杂质含量O＜0.1，Cr与Fe含量之和小于等于Mo含量。
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