CN101886190B - 一种强韧性钛合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种强韧性钛合金，按照重量百分比包括下列成分：Al 12％～23％，Ru 0.05％～0.1％，Sn 2％～4％，Pr 0.03％～0.09％，Nd 0.05％～0.2％，其余为Ti。本发明还提供了一种强韧性钛合金的制备方法。本发明的强韧性钛合金及其制备方法具有下列技术效果：1、由于选用了适合的成分及其含量，各成分之间共同作用，生产的合金材料性能好，具有更好的整体强度、硬度以及耐磨性；2、合金制备工艺简便，生产成本低，非常便于工业化生产。

Description

一种强韧性钛合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种强韧性钛合金及其制备方法，属于金属材料领域。

背景技术

目前金属材料领域中，钛合金的强韧性受到了越来越多的重视。

中国专利CN01140046.3涉及一种采用熔炼和粉末冶金技术制备的钛铝合金，其主要组成为钛、铝和铌。该合金中铝含量的范围为45.5至49原子％。但该专利同时采用熔炼和粉末冶金技术，工序复杂，成本高。

中国专利CN97119996.5属于金属热处理的技术领域。特别适用于钛铝合金铸件的层片状原始铸态组织的均匀化和细化。该方法是将钛铝合金铸件首先经热等静压在α相区高温处理，其次进行循环热处理和共析温度等温处理，最后是进行临界温度处理。但该专利同时采用熔炼、热等静压和循环热处理技术，工序复杂，成本高。

中国专利CN200810005963.5公开一种应用于高尔夫球杆头的钛铝合金，其系包含以重量百分比计88％至92％的钛、7.5％至10％的铝，延伸率为8％～16％。该钛铝合金并可选择性地添加铌、钒、钼、铬、铁、硅、氧、氮等微量元素，组成抗拉强度在650～950Mpa的高延伸率材料，此高延伸率材料运用于高尔夫球杆头的本体，结合刚性较佳的6Al-4V-Ti钛合金或β合金的击球面板所形成的高尔夫球杆头，可达到具打感佳、制震性及控球性佳且杆部可调角予以客制化的高尔夫球头产品。但该专利选择性地添加氧、氮等气体元素，成分难以控制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种强韧性钛合金及其制备方法。

本发明的强韧性钛合金，按照重量百分比包括下列成分：Al12％～23％，Ru 0.05％～0.1％，Sn 2％～4％，Pr 0.03％～0.09％，Nd0.05％～0.2％，其余为Ti。

优选地，

本发明的强韧性钛合金，按照重量百分比包括下列成分：Al 20％，Ru 0.07％，Sn 3％，Pr 0.06％，Nd 0.09％，其余为Ti。

该钛合金在基体上分布着弥散的化合物颗粒；

本发明合金各成分及其成分的含量的选择基于下列理由：

Al：含量为12％～23％；用于形成钛铝合金的δ相组织；Al含量低于12％，会出现α相组织影响材料的强度，Al含量高于23％，会出现γ相组织，影响材料的韧性；

Ru：含量为0.05％～0.1％；Ru和Ti、Sn可形成硬质复杂钛化合物，起耐磨和抵抗配副的破坏作用，能有效解决钛合金初始磨损严重的问题，大大提高使用寿命。Ru含量低于0.05％，起不到作用，Ru含量高于0.1％，Ti、Ru、Sn硬质复杂化合物增多，会降低合金的塑性和抗拉强度；

Sn：含量为2％～4％；Sn和Ru、Ti可形成硬质复杂钛化合物，起耐磨和抵抗配副的破坏作用，能有效解决钛合金初始磨损严重的问题，大大提高使用寿命。Sn含量低于2％，起不到作用，Sn含量高于4％，Ti、Ru、Sn硬质复杂化合物增多，会降低合金的塑性和抗拉强度；

Pr：含量为0.03％～0.09％；Pr和Nd共同作用可加入增加了形核核心，细化复杂化合物颗粒，改善了合金的韧性。Pr含量低于0.03％，达不到效果；Pr含量高于0.09％，由于Pr为稀土元素，过多使用，不仅提高材料成本，也会形成一些过量化合物，降低材料的力学性能；

Nd：含量为0.05％～0.2％；Nd和Pr共同作用可加入增加了形核核心，细化复杂化合物颗粒，改善了合金的韧性。Nd含量低于0.05％，达不到效果；Nd含量高于0.2％，由于Nd为稀土元素，过多使用，不仅提高材料成本，也会形成一些过量化合物，降低材料的力学性能。

本发明的强韧性钛合金的制备方法，包括下列步骤：

1)准备各组分的原料，Al用铝锭，Sn用锡块，Ru用纯钌片，Ti用海绵钛，Pr、Nd分别用含Pr55％的镨铁和含Nd75％的钕铁，Pr、Nd的原料的颗粒尺寸为3-7mm；

2)将Ti、Ru、Sn、Al的原料加入电炉熔化，熔化温度为1690-1720℃。将Pr、Nd的原料放在钛合金包的底部；

3)将熔化好的钛合金液倒入底部装有Pr、Nd的原料的包中，吹氩搅拌；当包内钛合金液温度达到1690℃时便浇铸成形，形成铸态强韧性钛合金。

本发明的强韧性钛合金及其制备方法具有下列技术效果：

1、由于选用了适合的成分及其含量，各成分之间共同作用，生产的合金材料性能好，具有更好的整体强度、硬度以及耐磨性；

2、合金制备工艺简便，生产成本低，非常便于工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的强韧性钛合金的金相组织。

具体实施方式

实施例1

本实施例的强韧性钛合金按照重量百分比包括下列成分：Al为12％，Ru为0.05％％，Sn为2％，Pr为0.03％，Nd为0.05％，其余为Ti。该钛合金在基体上分布着弥散的化合物颗粒；如图1所示，该钛合金在基体上分布着细小的复杂化合物。

本实施例的强韧性钛合金的制备，包括下列步骤：

1)准备各组分的原料，Al用铝锭，Sn用锡块，Ru用纯钌片，Ti用海绵钛，Pr、Nd分别用含Pr55％的镨铁和含Nd75％的钕铁，Pr、Nd的原料的颗粒尺寸为3-7mm；

2)将Ti、Ru、Sn、Al的原料加入电炉熔化，熔化温度为1690-1720℃，将Pr、Nd的原料放在钛合金包的底部；

3)将熔化好的钛合金液倒入底部装有Pr、Nd的原料的包中，吹氩搅拌；当包内钛合金液温度达到1690℃时便浇铸成形，形成铸态强韧性钛合金。

实施例2

本实施例的强韧性钛合金按照重量百分比包括下列成分：Al为23％，Ru为0.1％，Sn为4％，Pr为0.09％，Nd为0.2％，其余为Ti。该强韧性钛合金上带有细小而分散的的晶粒，制备方法参照实施例1。

实施例3

本实施例的强韧性钛合金按照重量百分比包括下列成分：Al为20％，Ru为0.07％，Sn为3％，Pr为0.06％，Nd为0.09％，其余为Ti。该强韧性钛合金上带有细小而分散的的晶粒，制备方法参照实施例1。

对照例1

本对照例的强韧性钛合金按照重量百分比包括下列成分：Al为11％，Ru为0.04％，Sn为1％，Pr为0.02％，Nd为0.04％，其余为Ti。制备方法参照实施例1。

对照例2

本对照例的强韧性钛合金按照重量百分比包括下列成分：Al为24％，Ru为0.2％，Sn为5％，Pr为0.1％，Nd为0.3％，其余为Ti。制备方法参照实施例1。

实施例4

比较背景技术、对照例和实施例中的强韧性钛合金的抗拉强度和伸长率，其结果如表1所示：

表1合金性能对照：

合金	抗拉强度/MPa	伸长率/％
			背景技术CN200810068781.2	450-700	1-3
背景技术CN200810005963.5	650-950	8～16
			实施例1	990	16
实施例2	1100	18
			实施例3	1180	19
对照例1	780	15
			对照例2	610	10

从上表可以看出，实施例1-3的强韧性钛合金的抗拉强度和伸长率，都要优于对照例和背景技术，本发明的强韧性钛合金具有更好的合金性能。

Claims (3)

1.一种强韧性钛合金，其特征在于，按照重量百分比包括下列成分：Al 12％～23％，Ru 0.05％～0.1％，Sn 2％～4％，Pr 0.03％～0.09％，Nd 0.05％～0.2％，其余为Ti。

2.根据权利要求1所述的强韧性钛合金，其特征在于，按照重量百分比包括下列成分：Al 20％，Ru 0.07％，Sn 3％，Pr 0.06％，Nd 0.09％，其余为Ti。

3.一种如权利要求1所述的强韧性钛合金的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)准备各组分的原料，Al用铝锭，Sn用锡块，Ru用纯钌片，Ti用海绵钛，Pr、Nd分别用含Pr55％的镨铁和含Nd75％的钕铁，Pr、Nd原料的颗粒尺寸为3-7mm；

2)将Ti、Ru、Sn、Al的原料加入电炉熔化，熔化温度为1690-1720℃，将Pr、Nd的原料放在钛合金包的底部；

3)将熔化好的钛合金液倒入底部装有Pr、Nd的原料的包中，吹氩搅拌；当包内钛合金液温度达到1690℃时便浇铸成形，形成铸态强韧性钛合金。

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