CN101463438A - Ti5Mo5V6Cr3Al钛合金及其加工工艺 - Google Patents

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崔雪飞
余明
陈海珊
魏衍广
陶海明
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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Ti5Mo5V6Cr3Al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：5.5％～6.5％；Al：2.5％～3.5％；余量为钛。由于其具有较高的抗拉强度、韧性和焊接性能，可应用于航空航天用大型锻件及高压容器等。

Description

Ti5Mo5V6Cr3Al钛合金及其加工工艺
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Ti5Mo5V6Cr3Al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Ti5Mo5V6Cr3Al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焊接性能。
一方面，本发明提供一种通式为Ti5Mo5V6Cr3Al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:5.5％～6.5％；Al:2.5％～3.5％；余量为钛。
另一方面，本发明提供一种通式为Ti5Mo5V6Cr3Al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:5.5～6.5％；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Ti5Mo5V6Cr3Al的钛合金的另一种加工工艺，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:5.5～6.5％；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，其后空冷或水淬至室温；
七、450～650℃保温1～8小时，空冷至室温。
根据本发明的Ti5Mo5V6Cr3Al钛合金，与已有的亚稳定β型Ti5Mo5V8Cr3Al钛合金相比，具有更高的时效强度；与近β型Ti5Mo5V2Cr3Al钛合金相比，具有更高的时效强度和优异的焊接性能。
具体实施方式
以下结合实施例具体说明本发明，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:6.0；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2.0％、4.0％、8.0％，应用与上述相同的步骤，制备比较样品1～3。
实施例2 钛合金的力学性能和焊接性能实验
将样品1和比较样品1～3加工成Φ5mm的常规拉伸试样。力学性能试验在AG50KNE试验机上完成。焊接系数由带有焊缝样品与未经焊接样品的力学性能的比值来确定，样品1和3分别经焊接处理后加工成Φ5mm的常规拉伸试样在，AG50KNE试验机上完成力学性能测试，焊接系数由焊缝样品与未经焊接样品的强度比值来确定。钛合金的力学性能和焊接性能如表1所示。结果表明，通过锻后直接时效，本发明的Ti5Mo5V6Cr3Al钛合金，即样品1，具有最佳的抗拉强度，抗拉强度为1520Mpa，其时效强化效果优于铬含量分别为2.0％、4.0％、8.0％的比较样品1～3。而各样品断后伸长率和δ5和断面收缩率Ψ基本相当。同时，本发明的Ti5Mo5V6Cr3Al钛合金具有较高的焊接系数，焊接性能良好，其焊接性能与铬含量为8.0％的比较样品3相当，但比该样品具有更优异的力学性能。
表1
 
样品1 比较样品1 比较样品2 比较样品3
бbMPa 1520 1470 1510 1410
δ5％ 6.6 6.2 4.8 7.4
Ψ％ 23.5 24.3 18.7 33.2
焊接系数 0.90 - - 0.90
实施例3
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:6.0；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2。
改变合金中铬的含量，分别为2.0％、4.0％、8.0％，应用与制备样品2相同的步骤，制备比较样品4～6。
将样品2和比较样品4～6加工成Φ5mm的常规拉伸试样。试验在MTS-880及ZD90/10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2 比较样品4 比较样品5 比较样品6
бbMPa 1430 1340 1410 1340
δ5％ 10.6 12.9 11.0 12.5
Ψ％ 45.9 58.1 52.7 48.1
结果表明，通过固溶、水淬和时效处理，本发明的Ti5Mo5V6Cr3Al钛合金，即样品2，具有最佳的抗拉强度，抗拉强度为1430Mpa，其时效强化效果优于铬含量分别为2.0％、4.0％、8.0％的比较样品4～6。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:6.0；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3。
改变合金中铬的含量，分别为2.0％、4.0％、8.0％，应用与制备样品3相同的步骤，制备比较样品7～9。
将样品3和比较样品7～9加工成Φ5mm的常规拉伸试样。试验在MTS-880及ZD90/10试验机上完成。钛合金的强度、拉伸性能及焊接性能如表3所示。
表3
 
样品3 比较样品7 比较样品8 比较样品9
бbMPa 1460 1310 1420 1400
б0.2MPa 1360 1250 1300 1300
δ5％ 10.4 12.9 10.8 10.6
Ψ％ 46.2 65.2 46.1 46.4
焊接系数 0.90 - - 0.90
结果表明，通过固熔、空冷和时效处理，本发明的Ti5Mo5V6Cr3Al钛合金，即样品3，具有最佳的抗拉强度和屈服强度，分别为1460Mpa和1360Mpa，其时效强化效果优于铬含量分别为2.0％、4.0％、8.0％的比较样品7～9。同时，本发明的Ti5Mo5V6Cr3Al钛合金具有较高的焊接系数，焊接性能良好，其焊接性能与铬含量为8.0％的比较样品9相当。但有比该样品更优异的力学性能。

Claims (3)

1.一种通式为Ti5Mo5V6Cr3Al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：5.5％～6.5％；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：5.5～6.5％；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：5.5～6.5％；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，其后空冷或水淬至室温；
七、450～650℃保温1～8小时，空冷至室温。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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