CN102011026A - 航空紧固件用钛合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明航空紧固件用钛合金及其制备方法，涉及钛基合金，其元素组成的质量百分比为Al：5％～9％、V：1％～6％、Mo：8％、Nb：11％～15％、Zr：1％、Cr：0.1％～2％和余量为Ti；在该钛合金的熔炼过程中加入非晶钛合金孕育剂。本发明航空紧固件用钛合金具有新的更加合理的元素组成成分，在熔炼工艺中加入了非晶钛合金孕育剂，增加了钛合金凝固时的异质形核核心，细化了铸态钛合金晶粒用本发明航空紧固件用钛合金的制备方法制得的航空紧固件用钛合金产品的抗拉强度可以达到1370MPa，延伸率可以达到11.6％，强韧兼备，可广泛应用于生产制造民用航空飞机的紧固件。

Description

航空紧固件用钛合金及其制备方法

技术领域

本发明的技术方案涉及钛基合金，具体地说是航空紧固件用钛合金及其制备方法。

背景技术

随着国内外军民用机更新换代的加快和飞机性能要求的不断提高，飞机结构用材料条件更加苛刻，迫切要求综合性能好的材料。钛的综合性能备受飞机设计者的青睐，在飞机上的用量不断上升。航空工业是钛合金的重要市场，目前，世界上大约3/4钛合金用于航空航天和军工产品。钛合金被用来制做飞机的一般结构件、组合件和紧固件，甚至制做大型的整体结构件。

我国现行飞机用钛量仅为2％～3％，与国外相比差距很大。尽管材料部门早已开展钛合金的研究，并满足了航空设计应用部门的一定需要，但总的来说，我国钛合金仍处于研究多、应用少的阶段。要提高飞机的结构效益，扩大钛合金在我国飞机结构上的应用，缩短与国外差距，需要加大钛合金的研究和航空应用。

CN101343706公开了一种紧固件用β钛合金及制备方法，其制备方法为采用海绵钛，纯铝，纯铬，Ti-31％Mo，Ti-53％Nb，Al-80％Ta混料后，用压机压制成块状电极；将数块电极用离子焊接组焊成长条状电极作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行熔炼，再将获得的铸锭作为自耗电极再次进行熔炼2～3次，获得产品钛合金锭。CN101314827公开了一种β型钛合金及其制备方法，其制备方法为采用海绵钛，纯铝，海绵锆，Ti-31％Mo、Ti-53％Nb、Al-80％Ta混料后制成自耗电极；经真空自耗电弧炉熔炼获得一次铸锭；由一次铸锭作为自耗电极进行熔炼获得二次铸锭；由二次铸锭作为自耗电极真空自耗熔炼成产品钛合金锭。

现有常用的紧固件用钛合金往往不能兼备较高的强度与较好的塑性。例如，目前经常使用的钛合金VT22的抗拉强度为1160MPa，延伸率为4.2％；钛合金Ti-15-3的抗拉强度为840MPa，延伸率为21％；钛合金β21S的抗拉强度为1015MPa，延伸率为17％；TIMETALLCB的抗拉强度为1095MPa，延伸率为17％。目前这些众所周知的钛合金以及采用上述现有专利技术制得的β钛合金，都存在具有较高强度又不具有良好的塑性，或者具有较好的塑性又不具有尽如人意的强度的缺点。

此外，目前人们制备钛合金的方法主要是先熔炼，再锻造，最后进行适当的固溶处理和时效处理。以此种方法制成的钛合金，其综合性能的提高实在有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供航空紧固件用钛合金及其制备方法，该航空紧固件用钛合金具有新的更加合理的元素组成成分，并且在该钛合金的熔炼过程中加入非晶钛合金孕育剂，由此制得的航空紧固件用钛合金同时兼备较高的强度与较好的塑性，满足了高强度与高韧性的要求。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

航空紧固件用钛合金，其元素组成的质量百分比为Al：5％～9％、V：1％～6％、Mo：8％、Nb：11％～15％、Zr：1％、Cr：0.1％～2％和余量为Ti。

上述航空紧固件用钛合金的制备方法，其步骤如下：

第一步，制备非晶钛合金孕育剂

(1)配置制备非晶钛合金孕育剂的原料

按元素的质量百分比为Cu：10％～15％、Ni：10％～15％、Al：1％～5％、V：1％～5％、Fe：3％～10％、B：1％～5％、Zr：5％～10％、Cr：1％～5％和余量为Ti配置制备非晶钛合金孕育剂的原料；

(2)熔炼

将(1)步配好的原料放入非自耗真空电弧炉的水冷铜坩埚中，调节钨电极位置，使之与水冷铜坩埚内放入的非晶钛合金孕育剂原料之间的距离为0.5mm～1.5mm，关闭炉门和放气阀，抽真空至真空度压力值＞2×10^-2Pa后，随后充入高纯氩气至真空度的压力值为0.06Pa～0.08Pa，起弧后调节弧电流逐步上升至200A～300A，整个过程都用高纯氩气保护，至全部原料熔化，随炉冷却至室温，得到钛合金铸锭，再将所得钛合金铸锭在水冷铜坩埚中反复上述熔化和冷却至室温的熔炼操作过程4次～6次，得到成分相对均匀的钛合金铸锭，将该成分相对均匀的钛合金铸锭在抽真空至真空度＞2×10^-3Pa的真空退火炉中于900℃～1100℃温度均匀化退火7h～10h，制得成分完全均匀化的钛合金铸锭；

(3)离心快淬甩带

将(2)步制得的成分完全均匀化的钛合金铸锭线切割成小块，放入真空快淬炉的水冷铜坩埚内，调节电极位置，使之与水冷铜坩埚内的钛合金铸锭小块之间的距离为1.5mm，关闭炉门、进出料口和放气阀，抽真空至真空度压力值＞5×10^-3Pa后，用氩气洗炉，随后充入氩气至真空度的压力值为0.05Pa，起弧后调节弧电流逐步上升至600A，将钛合金铸锭小块熔化，待该钛合金小块全部熔化成液态时，倾斜坩埚使得钛合金液通过流道引至高速旋转的水冷钼轮上，钼轮表面为15℃，熔融液态钛合金与其接触后，快速凝固，钼轮边缘线速度为50m/秒，钛合金形成薄带状由钼轮切线方向飞出，经挡板阻挡后落入炉体下部的收藏室，快淬得到非晶钛合金条带，即为非晶钛合金孕育剂；

第二步，航空紧固件用钛合金产品的制备

(1)配置钛合金基体原料

以纯钛、纯钼、铌条、海绵锆、纯铬、纯铝和纯钒为原料，根据实际需要量并按质量百分比为Al：5％～9％、V：1％～6％、Mo：8％、Nb：11％～15％、Zr：1％、Cr：0.1％～2％和余量为Ti称取上述所有原料，配置成钛合金基体原料；

(2)熔炼和浇铸

先将(1)步中称取的纯钛、纯钼和铌条原料，按重量比为Nb∶Ti＝4∶1的铌条和纯钛及Mo∶Ti＝4∶1的纯钼和纯钛分别熔炼成NbTi中间合金和MoTi中间合金，再将(1)步中称取的其他所有原料与上述NbTi中间合金和MoTi中间合金一起放入真空悬浮炉中进行下述的熔炼操作：熔炼前先将真空悬浮炉内抽成高真空压力为1.2×10^-4Pa～2.7×10^-4Pa，再充入氩气至真空悬浮炉内压力为0.1Pa～0.5Pa，进行保护，至全部原料熔化，随炉冷却至室温，得到钛合金铸锭，反复上述熔化和冷却至室温的熔炼操作4～6次，在最后一次熔炼操作时加入重量为钛合金基体原料总重量的0.4％的由第一步制得的非晶钛合金孕育剂，然后进行浇铸，待钛合金完全冷却后，开炉，取出所制得的钛合金铸锭；

(3)锻造

将由(2)步所制得的钛合金铸锭在900℃～1100℃进行锻造，达到变形量为70％～120％后立即水冷，保存材料内部的形变，制得锻造完成的钛合金样品；

(4)水冷保温，制得航空紧固件用钛合金产品

将由(3)步制得的锻造完成的钛合金样品放入真空管式炉中，抽真空至真空度＜0.33Pa，在700℃～950℃保温20min后水冷至室温，再将该样品在400℃～550℃保温0.5h～5h，制得元素组成的质量百分比为Al：5％～9％、V：1％～6％、Mo：8％、Nb：11％～15％、Zr：1％、Cr：0.1％～2％和余量为Ti的航空紧固件用钛合金产品。

上述航空紧固件用钛合金的制备方法，所述变形量＝(锻造前的试样的截面面积-锻造后的试样的截面面积)/锻造前的试样的截面面积。

上述航空紧固件用钛合金的制备方法，所涉及的原料、工艺和设备均是冶金技术领域所公知和熟知的。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明航空紧固件用钛合金及其制备方法的优点如下：

I.本发明具有突出的实质性特点

本发明航空紧固件用钛合金具有新的更加合理的元素组成成分；本发明在制备航空紧固件用钛合金的工艺上的创新是：在熔炼工艺中加入了非晶钛合金孕育剂，增加了钛合金凝固时的异质形核核心，细化了铸态钛合金晶粒。在此基础之上，再进行锻造和固溶，紧固件钛合金材料的综合力学性能得到显著提高。从理论上讲，非晶钛合金孕育剂是在快速凝固条件下获得，非晶钛合金孕育剂条带的表面能很高，表面原子断键多，易于快速熔入基体钛合金熔体，并快速在基体钛合金熔体中均匀分布，和其他孕育剂相比，不仅增加了钛合金凝固时的异质形核核心，而且使整个铸态钛合金晶粒细化更加均匀。

II.本发明的显著进步

(1)本发明的钛合金产品的强度与韧性兼备

现有技术制备紧固件用钛合金工艺中不加非晶钛合金孕育剂，由此通过单相区的固溶以及双相区时效所制得的紧固件用钛合金产品，抗拉强度只能达到1230Mpa，延伸率10.5％。采用本发明航空紧固件用钛合金的制备方法，在加入非晶钛合金孕育剂后，钛合金产品晶粒尺寸细化明显，在不降低钛合金产品材料塑性的情况下，提高了钛合金产品材料的抗拉强度。经拉伸测试，用本发明航空紧固件用钛合金的制备方法制得的航空紧固件用钛合金产品的抗拉强度可以达到1370Mpa，延伸率可以达到11.6％，强韧兼备，可广泛应用于生产制造民用航空飞机的紧固件。

(2)本发明的钛合金产品的成本降低

本发明的航空紧固件用钛合金在成分上进行了自主创新，且并未选用价格较为昂贵的金属元素，例如钽，减少了成本，创造了经济效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为未加非晶孕育剂细化的航空紧固件用钛合金铸态金相组织照片。

图2为加入非晶孕育剂细化的本发明的航空紧固件用钛合金铸态金相组织照片。

具体实施方式

由图1看出，未加非晶孕育剂细化的航空紧固件用铸态钛合金的晶粒尺寸约为200～400μm，晶粒尺寸较大。

由图2看出，加入非晶孕育剂细化的本发明的航空紧固件用铸态钛合金的晶粒尺寸约为50～120μm，晶粒尺寸明显变小。

比较图1和图2可见，由于在本发明的航空紧固件用钛合金的制备方法的熔炼工艺中加入了非晶钛合金孕育剂，增加了钛合金凝固时的异质形核核心，细化了铸态钛合金晶粒，在此基础之上，再进行锻造和固溶，使得本发明的航空紧固件钛合金材料的综合力学性能得到显著提高。

实施例1

制备元素组成的质量百分比为Al：5％、V：6％、Mo：8％、Nb：11％、Zr：1％、Cr：2％和余量为Ti的航空紧固件用钛合金，其步骤如下：

第一步，制备非晶钛合金孕育剂

(1)配置制备非晶钛合金孕育剂的原料

按元素的质量百分比为Cu：10％、Ni：15％、Al：1％、V：5％、Fe：3％、B：5％、Zr：5％、Cr：5％和余量为Ti配置制备非晶钛合金孕育剂的原料；

(2)熔炼

将(1)步配好的原料放入非自耗真空电弧炉的水冷铜坩埚中，调节钨电极位置，使之与水冷铜坩埚内放入的非晶钛合金孕育剂原料之间的距离为0.5mm，关闭炉门和放气阀，抽真空至真空度压力值＞2×10^-2Pa后，随后充入高纯氩气至真空度的压力值为0.06Pa，起弧后调节弧电流逐步上升至200A，整个过程都用高纯氩气保护，至全部原料熔化，随炉冷却至室温，得到钛合金铸锭，再将所得钛合金铸锭在水冷铜坩埚中反复上述熔化和冷却至室温的熔炼操作过程4次，得到成分相对均匀的钛合金铸锭，将该成分相对均匀的钛合金铸锭在抽真空至真空度＞2×10^-3Pa的真空退火炉中于900℃温度均匀化退火7h，制得成分完全均匀化的钛合金铸锭；

(3)离心快淬甩带

将(2)步制得的成分完全均匀化的钛合金铸锭线切割成小块，放入真空快淬炉的水冷铜坩埚内，调节电极位置，使之与水冷铜坩埚内的钛合金铸锭小块之间的距离为0.5mm，关闭炉门、进出料口和放气阀，抽真空至真空度压力值＞5×10^-3Pa后，用氩气洗炉，随后充入氩气至真空度的压力值为0.04Pa，起弧后调节弧电流逐步上升至500A，将钛合金铸锭小块熔化，待该钛合金小块全部熔化成液态时，倾斜坩埚使得钛合金液通过流道引至高速旋转的水冷钼轮上，钼轮表面为10℃，熔融液态合金与其接触后，快速凝固，钼轮边缘线速度为35m/秒，钛合金形成薄带状由钼轮切线方向飞出，经挡板阻挡后落入炉体下部的收藏室，快淬得到非晶钛合金条带，即为非晶钛合金孕育剂；

第二步，航空紧固件用钛合金产品的制备

(1)配置钛合金基体原料

以纯钛、纯钼、铌条、海绵锆、纯铬、纯铝和纯钒为原料，根据实际需要量并按质量百分比为Al：5％、V：6％、Mo：8％、Nb：11％、Zr：1％、Cr：2％和余量为Ti称取上述所有原料，配置成钛合金基体原料；

(2)熔炼和浇铸

先将(1)步中称取的纯钛、纯钼和铌条原料，按重量比为Nb∶Ti＝4∶1的铌条和纯钛及Mo∶Ti＝4∶1的纯钼和纯钛分别熔炼成NbTi中间合金和MoTi中间合金，再将(1)步中称取的其他所有原料与上述NbTi中间合金和MoTi中间合金一起放入真空悬浮炉中进行熔炼下述操作：熔炼前先将真空悬浮炉内抽成高真空压力为1.2×10^-4Pa，再充入氩气至真空悬浮炉内压力为0.1Pa，进行保护，至全部原料熔化，随炉冷却至室温，得到钛合金铸锭，反复上述熔化和冷却至室温的熔炼操作4次，在最后一次熔炼操作时加入重量为钛合金基体原料总重量的0.4％的由第一步制得的非晶钛合金孕育剂，然后进行浇铸，待钛合金完全冷却后，开炉，取出所制得的钛合金铸锭；

(3)锻造

将由(2)步所制得的钛合金铸锭在900℃进行锻造，达到变形量为70％后立即水冷，保存材料内部的形变，制得锻造完成的钛合金样品；

(4)水冷保温，制得航空紧固件用钛合金产品

将由(3)步制得的锻造完成的钛合金样品放入真空管式炉中，抽真空至真空度＜0.33Pa，在700℃保温20min后水冷至室温，再将该样品在400℃保温0.5h，制得元素组成的质量百分比为Al：5％、V：6％、Mo：8％、Nb：11％、Zr：1％、Cr：2％和余量为Ti的航空紧固件用钛合金产品。

本实施例制得的航空紧固件用钛合金产品具有良好的综合力学性能，其抗拉强度达到1230Mpa，延伸率为10.5％。

实施例2

制备元素组成的质量百分比为Al：7％、V：3％、Mo：8％、Nb：13％、Zr：1％、Cr：1％和余量为Ti的航空紧固件用钛合金，其步骤如下：

第一步，制备非晶钛合金孕育剂

(1)配置制备非晶钛合金孕育剂的原料

按元素的质量百分比为Cu：13％、Ni：12％、Al：3％、V：3％、Fe：7％、B：3％、Zr：7％、Cr：3％和余量为Ti配置制备非晶钛合金孕育剂的原料；

(2)熔炼

将(1)步配好的原料放入非自耗真空电弧炉的水冷铜坩埚中，调节钨电极位置，使之与水冷铜坩埚内放入的非晶钛合金孕育剂原料之间的距离为1mm，关闭炉门和放气阀，抽真空至真空度压力值＞2×10^-2Pa后，随后充入高纯氩气至真空度的压力值为0.07Pa，起弧后调节弧电流逐步上升至250A，整个过程都用高纯氩气保护，至全部原料熔化，随炉冷却至室温，得到钛合金铸锭，再将所得钛合金铸锭在水冷铜坩埚中反复上述熔化和冷却至室温的熔炼操作过程5次，得到成分相对均匀的钛合金铸锭，将该成分相对均匀的钛合金铸锭在抽真空至真空度＞2×10^-3Pa的真空退火炉中于1000℃温度均匀化退火8h，制得成分完全均匀化的钛合金铸锭；

(3)离心快淬甩带

将(2)步制得的成分完全均匀化的钛合金铸锭线切割成小块，放入真空快淬炉的水冷铜坩埚内，调节电极位置，使之与水冷铜坩埚内的钛合金铸锭小块之间的距离为1.0mm，关闭炉门、进出料口和放气阀，抽真空至真空度压力值＞5×10-3Pa后，用氩气洗炉，随后充入氩气至真空度的压力值为0.045Pa，起弧后调节弧电流逐步上升至550A，将钛合金铸锭小块熔化，待该钛合金小块全部熔化成液态时，倾斜坩埚使得钛合金液通过流道引至高速旋转的水冷钼轮上，钼轮表面为13℃，熔融液态钛合金与其接触后，快速凝固，钼轮边缘线速度为42m/秒，钛合金形成薄带状由钼轮切线方向飞出，经挡板阻挡后落入炉体下部的收藏室，快淬得到非晶钛合金条带，即为非晶钛合金孕育剂；

第二步，航空紧固件用钛合金产品的制备

(1)配置钛合金基体原料

以纯钛、纯钼、铌条、海绵锆、纯铬、纯铝和纯钒为原料，根据实际需要量并按质量百分比为Al：7％、V：3％、Mo：8％、Nb：13％、Zr：1％、Cr：1％和余量为Ti称取上述所有原料，配置成钛合金基体原料；

(2)熔炼和浇铸

先将(1)步中称取的纯钛、纯钼和铌条原料，按重量比为Nb∶Ti＝4∶1的铌条和纯钛及Mo∶Ti＝4∶1的纯钼和纯钛分别熔炼成NbTi中间合金和MoTi中间合金，再将(1)步中称取的其他所有原料与上述NbTi中间合金和MoTi中间合金一起放入真空悬浮炉中进行熔炼下述操作，熔炼前先将真空悬浮炉内抽成高真空压力为2.0×10^-4Pa，再充入氩气至真空悬浮炉内压力为0.3Pa，进行保护，至全部原料熔化，随炉冷却至室温，得到钛合金铸锭，反复上述熔化和冷却至室温的熔炼操作5次，在最后一次熔炼操作时加入重量为钛合金基体原料总重量的0.4％的由第一步制得的非晶钛合金孕育剂，然后进行浇铸，待钛合金完全冷却后，开炉，取出所制得的钛合金铸锭；

(3)锻造

将由(2)步所制得的钛合金铸锭在1000℃进行锻造，达到变形量为100％后立即水冷，保存材料内部的形变，制得锻造完成的钛合金样品；

(4)水冷保温，制得航空紧固件用钛合金产品

将由(3)步制得的锻造完成的钛合金样品放入真空管式炉中，抽真空至真空度＜0.33Pa，在820℃保温20min后水冷至室温，再将该样品在470℃保温2.6h，制得元素组成的质量百分比为Al：7％、V：3％、Mo：8％、Nb：13％、Zr：1％、Cr：1％和余量为Ti的航空紧固件用钛合金产品。

本实施例制得的航空紧固件用钛合金产品较实施例1具有更好的综合力学性能，其抗拉强度达到1370Mpa，延伸率为11.6％。

实施例3

制备元素组成的质量百分比为Al：9％、V：1％、Mo：8％、Nb：15％、Zr：1％、Cr：0.1％和余量为Ti的航空紧固件用钛合金，其步骤如下：

第一步，制备非晶钛合金孕育剂

(1)配置制备非晶钛合金孕育剂的原料

按元素的质量百分比为Cu：15％、Ni：10％、Al：5％、V：1％、Fe：10％、B：1％、Zr：10％、Cr：1％和余量为Ti配置制备非晶钛合金孕育剂的原料；

(2)熔炼

将(1)步配好的原料放入非自耗真空电弧炉的水冷铜坩埚中，调节钨电极位置，使之与水冷铜坩埚内放入的非晶钛合金孕育剂原料之间的距离为1.5mm，关闭炉门和放气阀，抽真空至真空度压力值＞2×10^-2Pa后，随后充入高纯氩气至真空度的压力值为0.08Pa，起弧后调节弧电流逐步上升至300A，整个过程都用高纯氩气保护，至全部原料熔化，随炉冷却至室温，得到钛合金铸锭，再将所得钛合金铸锭在水冷铜坩埚中反复上述熔化和冷却至室温的熔炼操作过程6次，得到成分相对均匀的钛合金铸锭，将该成分相对均匀的钛合金铸锭在抽真空至真空度＞2×10^-3Pa的真空退火炉中于1100℃温度均匀化退火7h～10h，制得成分完全均匀化的钛合金铸锭；

(3)离心快淬甩带

将(2)步制得的成分完全均匀化的钛合金铸锭线切割成小块，放入真空快淬炉的水冷铜坩埚内，调节电极位置，使之与水冷铜坩埚内的钛合金铸锭小块之间的距离为0.5mm～1.5mm，关闭炉门、进出料口和放气阀，抽真空至真空度压力值＞5×10^-3Pa后，用氩气洗炉，随后充入氩气至真空度的压力值为0.04Pa～0.05Pa，起弧后调节弧电流逐步上升至500A～600A，将钛合金铸锭小块熔化，待该钛合金小块全部熔化成液态时，倾斜坩埚使得钛合金液通过流道引至高速旋转的水冷钼轮上，钼轮表面为10℃～15℃，熔融液态钛合金与其接触后，快速凝固，钼轮边缘线速度为35m/秒～50m/秒，钛合金形成薄带状由钼轮切线方向飞出，经挡板阻挡后落入炉体下部的收藏室，快淬得到非晶钛合金条带，即为非晶钛合金孕育剂；

第二步，航空紧固件用钛合金产品的制备

(1)配置钛合金基体原料

以纯钛、纯钼、铌条、海绵锆、纯铬、纯铝和纯钒为原料，根据实际需要量并按质量百分比为9％、V：1％、Mo：8％、Nb：15％、Zr：1％、Cr：0.1％和余量为Ti称取上述所有原料，配置成钛合金基体原料；

(2)熔炼和浇铸

先将(1)步中称取的纯钛、纯钼和铌条原料，按重量比为Nb∶Ti＝4∶1的铌条和纯钛及Mo∶Ti＝4∶1的纯钼和纯钛分别熔炼成NbTi中间合金和MoTi中间合金，再将(1)步中称取的其他所有原料与上述NbTi中间合金和MoTi中间合金一起放入真空悬浮炉中进行熔炼下述操作：熔炼前先将真空悬浮炉内抽成高真空压力为2.7×10^-4Pa，再充入氩气至真空悬浮炉内压力为0.5Pa，进行保护，至全部原料熔化，随炉冷却至室温，得到钛合金铸锭，反复上述熔化和冷却至室温的熔炼操作6次，在最后一次熔炼操作时加入重量为钛合金基体原料总重量的0.4％的由第一步制得的非晶钛合金孕育剂，然后进行浇铸，待钛合金完全冷却后，开炉，取出所制得的钛合金铸锭；

(3)锻造

将由(2)步所制得的钛合金铸锭在1100℃进行锻造，达到变形量为120％后立即水冷，保存材料内部的形变，制得锻造完成的钛合金样品；

(4)水冷保温，制得航空紧固件用钛合金产品

将由(3)步制得的锻造完成的钛合金样品放入真空管式炉中，抽真空至真空度＜0.33Pa，在950℃保温20min后水冷至室温，再将该样品在550℃保温5h，制得元素组成的质量百分比为Al：9％、V：1％、Mo：8％、Nb：15％、Zr：1％、Cr：0.1％和余量为Ti的航空紧固件用钛合金产品。

本实施例制得的航空紧固件用钛合金产品较实施例1具有更好的综合力学性能，其抗拉强度达到1390MPa，延伸率为11.7％。

上述所有实施例中，所述变形量＝(锻造前的试样的截面面积-锻造后的试样的截面面积)/锻造前的试样的截面面积。

上述所有实施例中，所涉及的原料、工艺和设备均是冶金技术领域所公知和熟知的。

Claims (2)

1.航空紧固件用钛合金，其特征在于：其元素组成的质量百分比为Al：5％～9％、V：1％～6％、Mo：8％、Nb：11％～15％、Zr：1％、Cr：0.1％～2％和余量为Ti。

2.权利要求1所述航空紧固件用钛合金的制备方法，其特征在于步骤如下：

第一步，制备非晶钛合金孕育剂。

(1)配置制备非晶钛合金孕育剂的原料

按元素的质量百分比为Cu：10％～15％、Ni：10％～15％、Al：1％～5％、V：1％～5％、Fe：3％～10％、B：1％～5％、Zr：5％～10％、Cr：1％～5％和余量为Ti配置制备非晶钛合金孕育剂的原料；

(2)熔炼

将(1)步配好的原料放入非自耗真空电弧炉的水冷铜坩埚中，调节钨电极位置，使之与水冷铜坩埚内放入的非晶钛合金孕育剂原料之间的距离为0.5mm～1.5mm，关闭炉门和放气阀，抽真空至真空度压力值＞2×10^-2Pa后，随后充入高纯氩气至真空度的压力值为0.06Pa～0.08Pa，起弧后调节弧电流逐步上升至200A～300A，整个过程都用高纯氩气保护，至全部原料熔化，随炉冷却至室温，得到钛合金铸锭，再将所得钛合金铸锭在水冷铜坩埚中反复上述熔化和冷却至室温的熔炼操作过程4次～6次，得到成分相对均匀的钛合金铸锭，将该成分相对均匀的钛合金铸锭在抽真空至真空度＞2×10^-3Pa的真空退火炉中于900℃～1100℃温度均匀化退火7h～10h，制得成分完全均匀化的钛合金铸锭；

(3)离心快淬甩带

将(2)步制得的成分完全均匀化的钛合金铸锭线切割成小块，放入真空快淬炉的水冷铜坩埚内，调节电极位置，使之与水冷铜坩埚内的钛合金铸锭小块之间的距离为1.5mm，关闭炉门、进出料口和放气阀，抽真空至真空度压力值＞5×10^-3Pa后，用氩气洗炉，随后充入氩气至真空度的压力值为0.05Pa，起弧后调节弧电流逐步上升至600A，将钛合金铸锭小块熔化，待该钛合金小块全部熔化成液态时，倾斜坩埚使得钛合金液通过流道引至高速旋转的水冷钼轮上，钼轮表面为15℃，熔融液态钛合金与其接触后，快速凝固，钼轮边缘线速度为50m/秒，钛合金形成薄带状由钼轮切线方向飞出，经挡板阻挡后落入炉体下部的收藏室，快淬得到非晶钛合金条带，即为非晶钛合金孕育剂；

第二步，航空紧固件用钛合金产品的制备。

(1)配置钛合金基体原料

以纯钛、纯钼、铌条、海绵锆、纯铬、纯铝和纯钒为原料，根据实际需要量并按质量百分比为Al：5％～9％、V：1％～6％、Mo：8％、Nb：11％～15％、Zr：1％、Cr：0.1％～2％和余量为Ti称取上述所有原料，配置成钛合金基体原料；

(2)熔炼和浇铸

先将(1)步中称取的纯钛、纯钼和铌条原料，按重量比为Nb∶Ti＝4∶1的铌条和纯钛及Mo∶Ti＝4∶1的纯钼和纯钛分别熔炼成NbTi中间合金和MoTi中间合金，再将(1)步中称取的其他所有原料与上述NbTi中间合金和MoTi中间合金一起放入真空悬浮炉中进行下述的熔炼操作：熔炼前先将真空悬浮炉内抽成高真空压力为1.2×10^-4Pa～2.7×10^-4Pa，再充入氩气至真空悬浮炉内压力为0.1Pa～0.5Pa，进行保护，至全部原料熔化，随炉冷却至室温，得到钛合金铸锭，反复上述熔化和冷却至室温的熔炼操作4～6次，在最后一次熔炼操作时加入重量为钛合金基体原料总重量的0.4％的由第一步制得的非晶钛合金孕育剂，然后进行浇铸，待钛合金完全冷却后，开炉，取出所制得的钛合金铸锭；

(3)锻造

将由(2)步所制得的钛合金铸锭在900℃～1100℃进行锻造，达到变形量为70％～120％后立即水冷，保存材料内部的形变，制得锻造完成的钛合金样品；

(4)水冷保温，制得航空紧固件用钛合金产品

将由(3)步制得的锻造完成的钛合金样品放入真空管式炉中，抽真空至真空度＜0.33Pa，在700℃～950℃保温20min后水冷至室温，再将该样品在400℃～550℃保温0.5h～5h，制得元素组成的质量百分比为Al：5％～9％、V：1％～6％、Mo：8％、Nb：11％～15％、Zr：1％、Cr：0.1％～2％和余量为Ti的航空紧固件用钛合金产品。

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