CN101550505A - 一种析出硬化型钛合金 - Google Patents
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Abstract
一种析出硬化型钛合金，该合金材料的组份及含量如下：铝4.5～5.5重量％；锡0.7～1.2重量％；铬0.7～1.2重量％；铁0.7～1.2重量％；碳0.0001～0.1重量％；氧0.0001～0.18重量％；氮0.0001～0.05重量％；氢0.0001～0.02重量％；钛为余量。本合金属于(α+β)可析出强化型钛合金，理论密度约为4.46g/cm3，相转变点约为910℃～940℃。本合金于退火状态下硬度为HRC 28～32，经固溶+时效析出(热处理)后硬度可达HRC 38～42，抗拉强度超过1097MPa，延伸率超过9％。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金材料，具体涉及一种用于航天与国防、生物医疗、民生、运动器材等领域的析出硬化型钛合金材料。
背景技术
钛合金由于它的强度高、密度小，机械性、韧性和抗蚀性都较好，是目前市场需求的高耐蚀性及高强度材料的首选，一般以Ti-6Al-4V(α+β)可析出硬化型钛合金材料为主。Ti-6Al-4V虽具有低廉价格的优点，但其热处理后机械性质较差(见表一)；若需优良机械性质，则需选择SP700(见表一)等其它价格较高的(α+β)可析出硬化型钛合金。
表一
注：1kgf/mm2＝9.8MPa
因此，研制一种既具有高耐腐蚀性、高强度以及高韧性的特点，并且价格较低的钛合金便成为本发明所要研究的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种析出硬化型钛合金，不仅具备耐腐蚀性高、
强度高以及韧性高的特点，并且价格较低。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种析出硬化型钛合金，该合金材料的组份及含量如下：
铝4.5～5.5重量％；
锡0.7～1.2重量％；
铬0.7～1.2重量％；
铁0.7～1.2重量％；
碳0.0001～0.1重量％；
氧0.0001～0.18重量％；
氮0.0001～0.05重量％；
氢0.0001～0.02重量％；
钛余量。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述钛合金属于(α+β)可析出强化型钛合金，理论密度约为4.46g/cm3，相转变点约为910℃～940℃。
2、上述方案中，所述钛合金经退火处理后硬度为HRC 28～32。所述钛合金经固溶处理后，再经时效析出处理硬度为HRC 38～42，抗拉强度大于1060MPa，延伸率大于9％。这里所述的固溶处理是指将钛合金材料升温到固溶线以上的单相区，恒温保持一段时间，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。固溶处理的目的主要是改善钢和合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理作好准备等。这里所述的时效析出处理是指钛合金经固溶处理，冷塑性变形或铸造、锻造后，在较高的温度放置或室温保持，其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。时效处理的目的，消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。
3、上述方案中，所述钛合金由固溶处理的温度高低与保温时间长短来调整所述钛合金内β相与α相的比例。因为在本发明钛合金中理论上只有三种金相组织形式，α相、α+β相、β相三种，其中，β相与α相的比例可由固溶处理温度的高低与保温时间长短的控制来调整。
本发明的原理及优点为：
本发明的钛合金材料采用二道次VAR(真空电弧炉)精炼制程而得。制程中可脱除钛合金材中大部分氧(O)氮(N)氢(H)碳(C)等不纯物质，提高钛合金材纯净度、耐蚀性与机械性质。
本发明钛合金材料由于铁(Fe)的含量达到0.7～1.2重量％，故可有效强化钛合金的强度；搭配以适当的锡(Sn)含量0.7～1.2重量％，可增加钛材料合金化的延伸性；因铬(Cr)含量控制于0.7～1.2重量％，可使钛合金在相转变时更加稳定。
附图说明
附图1为本发明钛合金材料的金相组织图；
附图2为Ti-6Al-4V钛合金材料的金相组织图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：一种析出硬化型钛合金，该合金材料的组份及含量如下：
铝4.5～5.5重量％；
锡0.7～1.2重量％；
铬0.7～1.2重量％；
铁0.7～1.2重量％；
碳0.0001～0.1重量％；
氧0.0001～0.18重量％；
氮0.0001～0.05重量％；
氢0.0001～0.02重量％；
钛余量。
本发明钛合金于退火状态下硬度为HRC 28～32，经固溶处理+时效析出处理后硬度为HRC 38～42，抗拉强度大于1097MPa，延伸率大于9％。
本发明钛合金由固溶处理的温度高低与保温时间长短来调整所述钛合金内β相与α相的比例。
本发明主要目的在于提供一种具有超高强度高韧性的钛合金，根据上述目的，本发明合金材料经多次实验后所求得较佳成分如表二所示。
表二
| Al | Sn | Cr | Fe | C |
| 4.5～5.5 | 0.7～1.2 | 0.7～1.2 | 0.7～1.2 | 0.0001～0.1 |
| O | N | H | Ti | |
| 0.0001～0.18 | 0.0001～0.05 | 0.0001～0.02 | 余量 |
单位：重量％
再如表三所示，本发明钛合金材料的强度、硬度、延伸率，皆优于Ti-6Al-4V钛合金。比较其金相组织发现，本钛合金材料(图一)属于细微β组织+少量α组织；而Ti-6Al-4V钛合金(图二)呈现较粗大的β组织+大量α组织，因而降低了Ti-6Al-4V钛合金的机械性质。
表三
注：1kgf/mm2＝9.8MPa
发明人综合各项测试归纳出本发明钛合金材具有以下优点：
1、抗拉强度优于Ti-6Al-4V钛合金6％；
2、降伏强度优于Ti-6Al-4V钛合金7％；
3、延伸率高出Ti-6Al-4V钛合金2％，且热处理硬度操控优于Ti-6Al-4V钛合金；
4、应用本发明钛合金材料所制作出的产品，其机械性质均优于Ti-6Al-4V钛合金。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1、一种析出硬化型钛合金，其特征在于：该合金材料的组份及含量如下：
铝 4.5～5.5重量％；
锡 0.7～1.2重量％；
铬 0.7～1.2重量％；
铁 0.7～1.2重量％；
碳 0.0001～0.1重量％；
氧 0.0001～0.18重量％；
氮 0.0001～0.05重量％；
氢 0.0001～0.02重量％；
钛 余量。
2、根据权利要求1所述的析出硬化型钛合金，其特征在于：所述钛合金经退火处理后硬度为HRC 28～32。
3、根据权利要求1所述的析出硬化型钛合金，其特征在于：所述钛合金经固溶处理后，再经时效析出处理硬度为HRC 38～42，抗拉强度大于1097MPa，延伸率大于9％。
4、根据权利要求1所述的析出硬化型钛合金，其特征在于：所述钛合金由固溶处理的温度高低与保温时间长短来调整所述钛合金内β相与α相的比例。
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| CNA2009100313895A CN101550505A (zh) | 2009-04-30 | 2009-04-30 | 一种析出硬化型钛合金 |
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2009
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