CN102212715B

CN102212715B - 一种近β型高强钛合金

Info

Publication number: CN102212715B
Application number: CN 201110117619
Authority: CN
Inventors: 雷力明; 黄旭; 李臻熙; 李四清
Original assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Current assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-05-06
Also published as: CN102212715A

Abstract

本发明属于材料科学技术领域，涉及一种近β型高强钛合金，其特征在于：该合金各组成元素的重量百分比为：Al：2.5％～3.5％；V：2.8％～3.5％；Mo：2.9％～4.5％；Cr：1.5％～2.9；Zr：4.1％～6％；Sn：2％～4％；Fe：1％～2％；余量为Ti；该合金中的杂质元素：C≤0.04％；O≤0.15％；N≤0.04％；H≤0.015％。本发明既维持了近β型钛合金良好的力学性能，又不易引起成分偏析，同时在一定程度上降低了合金的生产成本，本发明合金可被广泛用于航空、航天、汽车等工业领域。

Description

一种近β型高强钛合金

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种近β型高强钛合金。

背景技术

钼当量[Mo]_当介于10～30之间的钛合金在淬火处理时会形成亚稳态的β相基体，这类钛合金被称为近β型钛合金。在时效处理过程中，β基体上逐渐析出弥散的次生α相，从而使合金获得很高的强度。通过调整时效热处理的温度和时间，可以控制次生α相的数量和尺寸，从而使近β型钛合金的强度和塑性在很宽的范围内变化，获得可满足不同需要的强韧性匹配。由于β相为塑性良好的体心立方晶体结构，因而近β型钛合金通常具有良好的冷热加工工艺性。除此之外，这类合金还具有较高的断裂韧性和低的氢脆敏感性。这些优点使得近β型钛合金成为很重要的一类结构用钛合金，被广泛应用在航空、航天、航海等领域。到目前为止，国内外已经发展了很多种近β型钛合金，但其中常用的一些近β型高强钛合金往往通过添加较高含量的β稳定元素V和Mo来达到β稳定化和强化的目的，如Ti-1023（Ti-10V-2Fe-3Al）、Beta21S(Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si)、Beta C(Ti-8V-6Cr-4Mo-4Zr-3Al)、TB3(Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al)、Ti-15-3(Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn)、BT35(Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn-1Zr-1Mo)等合金。V元素价格非常昂贵，过多添加时会明显增加合金的原材料成本；而Mo元素熔点较高，过多添加时易引起成分偏析，从而导致合金成分和组织均匀性控制困难。

发明内容

本发明的目的是：针对目前常用的一些近β型高强钛合金具有较高含量的V和Mo元素的缺点，提出一种既有良好的力学性能，又不易引起成分偏析，同时具有低成本优势的近β型高强钛合金。

本发明的技术方案是：一种近β型高强钛合金，其特征在于：该合金各组成元素的重量百分比为：Al：2.5%～3.5%；V：2.8%～3.5%；Mo：2.9%～4.5%；Cr：1.5%～2.9%；Zr：4.1%～6%；Sn：2%～4%；Fe：1%～2%；余量为Ti；该合金中的杂质元素：C≤0.04%；O≤0.15%；N≤0.04%；H≤0.015%；该合金中的钼当量[Mo]_当为10～18，铝当量[Al]_当≤5，[Mo]_当的计算公式为：

[Mo]_当=%Mo+%V/1.5+%Cr/0.63+%Fe/0.35；[Al]_当的计算公式为：[Al]_当=%Al+%Sn/3+%Zr/6；式中%表示各元素的重量百分比。

本发明的优点是：与目前常用的一些近β型高强钛合金相比，本发明降低了价格昂贵的V元素和熔点较高的Mo元素含量，用价格便宜的β稳定元素铬和铁部分代替了V和Mo的β稳定化作用，同时用价格便宜的中性元素Zr和Sn弥补由于V和Mo含量减小而引起的合金强度损失。本发明既维持了近β型钛合金良好的力学性能，又不易引起成分偏析，同时在一定程度上降低了合金的生产成本。本发明合金可被广泛用于航空、航天、汽车等工业领域。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。一种近β型高强钛合金，其特征在于：该合金各组成元素的重量百分比为：Al：2.5%～3.5%；V：2.8%～3.5%；Mo：2.9%～4.5%；Cr：1.5%～2.9%；Zr：4.1%～6%；Sn：2%～4%；Fe：1%～2%；余量为Ti；该合金中的杂质元素：C≤0.04%；O≤0.15%；N≤0.04%；H≤0.015%；该合金中的钼当量[Mo]_当为10～18，铝当量[Al]_当≤5，[Mo]_当的计算公式为：

本发明钛合金的制备过程是：按照上述成分范围及钼当量和铝当量的要求配制合金料，原材料可以选用纯Al、Al-V中间合金、Al-Mo中间合金、V-Fe中间合金、V-Cr中间合金、Ti-Fe中间合金、Ti-Mo中间合金、Ti-Sn中间合金、V-Cr中间合金、纯Cr、纯Sn、海绵锆、海绵钛等。按配比成分混料后压制成电极，在真空自耗电弧炉中熔炼两次或三次获得合金铸锭。铸锭扒皮、切去冒口和尾端后，经过开坯锻造、中间多火次变形、最终锻造或轧制成棒材、板材、锻件等本发明钛合金的各类半成品，经过合适热处理后的这些合金半成品可以用于制造工程零部件。开坯锻造加热温度为1050℃～1150℃，反复墩拔的加热温度为合金β转变温度以下30℃～80℃，即T_β-30℃～80℃；最终锻造或轧制的加热温度为T_β-30℃～80℃或T_β+20℃～40℃。

实施例1：

按名义成分Ti-3Al-3V-3Mo-2.5Cr-4.5Zr-3Sn-1Fe(重量百分比，%)配制钛合金料，原材料使用Al-75%V中间合金、Al-58%Mo中间合金、Ti-80%Sn中间合金、V-50%Fe中间合金、0级海绵钛、火器海绵锆、纯Cr和纯Al。混料后压制成电极，用真空自耗电弧炉熔炼三次获得合金铸锭。合金的[Mo]_当=11.8，[Al]_当=4.75，符合本发明对合金钼当量和铝当量的要求。铸锭扒皮、切去冒口和尾端后，在1150℃开坯锻造，在T_β-30℃～50℃进行多火次墩拔并锻成Φ60mm的棒材。棒材经800℃/2h/WQ+520℃/4h/AC热处理后获得的力学性能实测值为：屈服强度1080MPa，断裂强度1145Mpa，延伸率10%。

实施例2：

按名义成分Ti-3Al-3V-3Mo-2.5Cr-4.5Zr-3Sn-1.4Fe(重量百分比，%)配制合金料，原材料使用Al-75%V中间合金、Ti-32%Mo中间合金、Ti-80%Sn中间合金、V-50%Fe中间合金、0级海绵钛、火器海绵锆、纯Cr和纯Al。混料后压制成电极，用真空自耗电弧炉熔炼三次获得合金铸锭。合金的[Mo]_当=13，[Al]_当=4.75，符合本发明对合金钼当量和铝当量的要求。铸锭扒皮、切去冒口和尾端后，在1150℃开坯锻造，然后在T_β-30℃～50℃进行多火次变形后制成板坯，最后一火次在T_β+30℃热锻成25mm的厚板。厚板经760℃/2h/WQ+480℃/8h/AC热处理后，沿轧向的力学性能实测值为：屈服强度1135MPa，断裂强度1198Mpa，延伸率8%。

实施例3～实施例16的合金名义成分参见表1。

表1实施例3～实施例16的合金名义成分

上述实施例合金制备过程与实施例1和2类似，它们被轧制成Φ25mm的棒材，经T_β-80℃/2h/WQ+T_β-350℃/4h/AC热处理后获得的力学性能典型值为：屈服强度≥1050MPa，断裂强度≥1130Mpa，延伸率≥6%。

Claims

1.一种近β型高强钛合金，其特征在于：该合金各组成元素的重量百分比为：Al：2.5%～3.5%；V：2.8%～3.5%；Mo：2.9%～4.5%；Cr：1.5%～2.9；Zr：4.1%～6%；Sn：2%～4%；Fe：1%～2%；余量为Ti；该合金中的杂质元素：C≤0.04%；O≤0.15%；N≤0.04%；H≤0.015%；该合金中的钼当量[Mo]_当为10～18，铝当量[Al]_当≤5，[Mo]_当的计算公式为：[Mo]_当=%Mo+%V/1.5+%Cr/0.63+%Fe/0.35；[Al]_当的计算公式为：[Al]_当=%Al+%Sn/3+%Zr/6；式中%表示各元素的重量百分比。