CN101463436A - Ti5Mo5V3Al-XCr钛合金及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型钛合金及其加工工艺，具体而言，本发明提供一种通式为Ti5Mo5V3Al－XCr(X＝2.5～7.5)的钛合金，其主要合金元素含量(wt％)为：Mo：4.5％～5.7％；V：4.5～5.7％；Cr：2.5％～7.5％；Al：2.5％～3.5％；余量为钛。由于其具有较好的强度、韧性和机械加工性，可应用于航空航天用大型锻件及高压容器等。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型钛合金，具体而言，涉及通式为Ti5Mo5V3Al-XCr(X＝2.5～7.5)的钛合金及其加工工艺。
背景技术
Ti-Mo-V-Al-Cr系钛合金由于其高强度和高韧性的特性，被广泛地应用于航空航天领域。其中我国自行研发的Ti5Mo5V8Cr3Al钛合金是一种亚稳定β钛合金，Ti5Mo5V8Cr3Al合金主要合金元素含量(wt％)为：Mo:4.5％～5.7％；V:4.5～5.7％；Cr:7.5％～8.5％；Al:2.5％～3.5％；余量为钛，由于其具有较好的强度、韧性以及轻质的特性，已被应用于航空及航天工业。但是由于其锻造温度下具有较大抗力，影响其锻造性能和机械加工性。此外，仍需更高强度的钛合金材料以满足航空航天工业的需要。
发明内容
本发明提供一种通式为Ti5Mo5V3Al-XCr(X＝2.5～7.5)的钛合金，其具有较高的时效强化特性以及较好的锻造性能和机械加工性。
一方面，本发明提供一种通式为Ti5Mo5V3Al-XCr(X＝2.5～7.5)的钛合金，主要合金元素含量(wt％)为:Mo：4.5％～5.7％；V:4.5～5.7％；Cr:2.5％～7.5％；Al:2.5％～3.5％；余量为钛。
另一方面，本发明提供通式为Ti5Mo5V3Al-XCr(X＝2.5～7.5)的钛合金的加工工艺，其包括如下步骤：
一、按以下比例配料(wt％)：Mo：4.5～5.7％；V:4.5～5.7％；Cr:2.5～7.5％；Al:2.5～3.5％；Fe<0.30％；C:<0.05％ N:<0.04％；H:<0.015％；O:<0.15％；余量为钛；
二、将配料压制成电极；
三、在真空自耗电炉经2～3次熔炼；
四、900～1150℃锻造开坯；
五、800～1000℃锻造成所需尺寸的材料；
六、450～650℃保温1～8小时，空冷至室温。
再一方面，本发明提供通式为Ti5Mo5V3Al-XCr(X＝2.5～7.5)的钛合金的加工工艺，其包括如下步骤：
一、按以下比例配料(wt％)：Mo:4.5～5.7％；V:4.5～5.7％；Cr:2.5～7.5％；Al:2.5～3.5％；Fe<0.30％；C:<0.05％ N:<0.04％；H:<0.015％；O:<0.15％；余量为钛；
二、将配料压制成电极；
三、在真空自耗电炉经2～3次熔炼；
四、900～1150℃锻造开坯；
五、800～1000℃锻造成所需尺寸的材料；
六、680～850℃保温1～3小时，其后水淬至室温；
七、450～650℃保温1～8小时，空冷至室温。
又一方面，本发明提供通式为Ti5Mo5V3Al-XCr(X＝2.5～7.5)的钛合金的加工工艺，其包括如下步骤：
一、按以下比例配料(wt％)：Mo:4.5～5.7％；V:4.5～5.7％；Cr:2.5～7.5％；Al:2.5～3.5％；Fe<0.30％；C:<0.05％ N:<0.04％；H:<0.015％；O:<0.15％；余量为钛；
二、将配料压制成电极；
三、在真空自耗电炉经2～3次熔炼；
四、900～1150℃锻造开坯；
五、800～1000℃锻造成所需尺寸的材料；
六、680～850℃保温1～3小时，其后空冷至室温；
七、450～650℃保温1～8小时，空冷至室温。
根据本发明的Ti5Mo5V3Al-XCr(X＝2.5～7.5)钛合金，经时效后具有较高的强度。同时，由于其在锻造温度下具有适当的硬度，因而具有较好的锻造性能和机械加工性。
附图说明
图1不同含铬合金在不同温度加热后硬度变化曲线。
具体实施方式
以下结合实施例具体说明，但本发明并不限于该实施例。
实施例1
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt％)为：Mo:4.8；V:4.9；Cr:2.0；AI:3.1；Fe:0.11；C:0.008；N:0.010；H:0.0015；O:0.10；余量为钛。将配料压制成电极。在真空自耗电炉经两次熔炼得到铸锭。于1000℃锻造开坯，于850℃锻成Φ20mm棒材，于540℃时效4小时，得样品1。
改变合金中铬的含量，分别为4.0％、6.0％、8.0％，应用与上述相同的步骤，制备样品2～4。
实施例2
采用与实施例1相同的步骤，改变时效温度(在500～820℃间取值)，获得不同含铬合金在不同温度时效1～4小时、水淬后的样品，测其硬度。制出不同含铬合金在不同温度加热水淬后硬度变化曲线。
结果如图1所示，四种合金在500℃加热4小时候显微硬度值Hv都可达到380～400，说明这些合金在锻态直接时效都有很大的硬化能力。随加热温度的升高四种合金的硬度呈线性降低。在通常的锻造加工温度范围(800～820℃)，铬含量为4.0％、6.0％(图中分别用Ti5543，Ti5563表示)的合金显微硬度Hv值为240～245，明显低于铬含量为8.0％(图中用TB2表示)的合金硬度，说明，前者具有更好的锻造性能和机械加工性。
实施例3 钛合金的强度及拉伸性能实验
将样品1-4加工成Φ5mm的常规拉伸试样。试验在AG50KNE试验机上完成。钛合金的强度及拉伸性能如表1所示。结果表明，通过锻后直接时效，铬含量分别为4.0％、6.0％的样品2和样品3具有较佳的强度，抗拉强度分别为1510Mpa和1520Mpa，其时效强化效果优于铬含量分别为2.0％、8.0％的样品1和样品4。而各样品断后伸长率和δ5和断面收缩率Ψ基本相当。
表1
| 样品1 | 样品2 | 样品3 | 样品4 | |
| бb MPa | 1470 | 1510 | 1520 | 1410 |
| δ5％ | 6.2 | 4.8 | 6.6 | 7.4 |
| Ψ％ | 24.3 | 18.7 | 23.5 | 33.2 |
实施例4
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt％)为：Mo:4.8；V:4.9；Cr:2.0；Al:3.1；Fe:0.11；C:0.008；N:0.010；H:0.0015；O:0.10；余量为钛。将配料压制成电极。在真空自耗电炉经两次熔炼得到铸锭。于1050℃锻造开坯，于900℃锻成Φ20mm棒材，水淬，升温至720℃，保温2小时，水淬，于520℃保温4小时，得样品5。
改变合金中铬的含量，分别为2.71％、4.0％、6.0％、7.43％、8.0％，应用与制备样品5相同的步骤，制备样品6～10。
将样品5-10加工成Φ5mm的常规拉伸试样。试验在AG50KNE试验机上完成。钛合金的强度及拉伸性能如表2所示。
表2
| 样品5 | 样品6 | 样品7 | 样品8 | 样品9 | 样品10 | |
| бbMPa | 1340 | 1360 | 1410 | 1430 | 1370 | 1340 |
| δ5％ | 12.9 | 11.8 | 11.0 | 10.6 | 11.0 | 12.5 |
| Ψ％ | 58.1 | 48.7 | 52.7 | 45.9 | 46.1 | 48.1 |
结果表明，通过固溶、水淬和时效处理，铬含量分别为2.71％、4.0％、6.0％、7.43％的样品6～9具有较佳的强度，抗拉强度分别为1360MPa、1410MPa、1430MPa、和1370MPa，其时效强化效果优于铬含量分别为2.0％、8.0％的样品5和样品10。而各样品断后伸长率和δ5和断面收缩率Ψ基本相当。
实施例5
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt％)为：Mo:4.8；V:4.9；Cr:2.0；Al:3.1；Fe:0.11；C:0.008；N:0.010；H:0.0015；O:0.10；余量为钛。将配料压制成电极。在真空自耗电炉经两次熔炼得到铸锭。于1100℃锻造开坯，于950℃锻成Φ20mm棒材，水淬，升温至720℃，保温2小时，空冷，于520℃保温8小时，得样品11。
改变合金中铬的含量，分别为2.71％、4.0％、6.0％、7.43％、8.0％，应用与制备样品11相同的步骤，制备样品12～16。
将样品12-16加工成Φ5mm的常规拉伸试样。试验在AG50KNE试验机上完成。钛合金的强度及拉伸性能如表3所示。
表3
| 样品11 | 样品12 | 样品13 | 样品14 | 样品15 | 样品16 | |
| бbMPa | 1310 | 1360 | 1420 | 1460 | 1410 | 1400 |
| δ5％ | 12.9 | 11.9 | 10.8 | 10.4 | 11.0 | 10.6 |
| Ψ％ | 65.2 | 52.7 | 46.1 | 46.2 | 46.1 | 46.4 |
结果表明，通过固溶、空冷和时效处理，铬含量分别为2.71％、4.0％、6.0％、7.43％的样品12～16具有较佳的强度，抗拉强度分别为1360MPa、1420MPa、1460MPa、和1410MPa，其时效强化效果优于铬含量分别为2.0％、8.0％的样品11和样品16。而各样品断后伸长率和δ5和断面收缩率Ψ基本相当。
Claims (4)
1.一种通式为Ti5Mo5V3Al-XCr(X＝2.5～7.5)的钛合金，其主要合金元素含量(wt％)为：Mo：4.5％～5.7％；V：4.5～5.7％；Cr：2.5％～7.5％；Al：2.5％～3.5％；余量为钛。
2.根据权利要求1所述钛合金的加工工艺，其包括如下步骤：
一、按以下比例配料(wt％)：Mo：4.5～5.7％；V：4.5～5.7％；Cr：2.5～7.5％；Al：2.5～3.5％；Fe<0.30％；C：<0.05％N：<0.04％；H：<0.015％；O：<0.15％；余量为钛；
二、将配料压制成电极；
三、在真空自耗电炉经2～3次熔炼；
四、900～1150℃锻造开坯；
五、800～1000℃锻造成所需尺寸的材料；
六、450～650℃保温1～8小时，空冷至室温。
3.根据权利要求1所述钛合金的加工工艺，其包括如下步骤：
一、按以下比例配料(wt％)：Mo：4.5～5.7％；V：4.5～5.7％；Cr：2.5～7.5％；Al：2.5～3.5％；Fe<0.30％；C：<0.05％N：<0.04％；H：<0.015％；O：<0.15％；余量为钛；
二、将配料压制成电极；
三、在真空自耗电炉经2～3次熔炼；
四、900～1150℃锻造开坯；
五、800～1000℃锻造成所需尺寸的材料；
六、在680～850℃保温1～3小时，其后水淬至室温；
七、450～650℃保温1～8小时，空冷至室温。
4.根据权利要求1所述钛合金的加工工艺，其包括如下步骤：
一、按以下比例配料(wt％)：Mo：4.5～5.7％；V：4.5～5.7％；Cr：2.5～7.5％；Al：2.5～3.5％；Fe<0.30％；C：<0.05％N：<0.04％；H：<0.015％；O：<0.15％；余量为钛；
二、将配料压制成电极；
三、在真空自耗电炉经2～3次熔炼；
四、900～1150℃锻造开坯；
五、800～1000℃锻造成所需尺寸的材料；
六、在680～850℃保温1～3小时，其后空冷至室温；
七、450～650℃保温1～8小时，空冷至室温。
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