CN103074519A - 一种含Gr、Mn合金元素的低成本钛合金 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含Cr、Mn合金元素的钛合金，其组份和含量为：10~12wt%的铬，3~5wt%的锰，4~5wt%的铝，0.0~0.05wt%的氧，0.0~0.01wt%的碳，0.0~0.01wt%的氮，0.0~0.001wt%的氢，余量为钛。本发明的钛合金利用廉价的合金元素Cr、Mn作为钛合金的强化元素，不仅可以大幅降低钛合金的成本，而且拥有良好的机械性能。利用本发明可对钛合金的使用范围扩大和对钛合金市场的扩展具有非常重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛合金，特别涉及一种含Cr、Mn合金元素的钛合金。
背景技术
钛及钛合金因密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温、无磁、良好的生物相溶性等良好的综合性能而被广泛的应用于各个工业领域。2011年世界钢铁产量为14.9亿t，但是钛及钛合金的产量仅为27万t。由此我们不难发现钛及钛合金在各个工业领域的使用量非常低。限制其使用的最主要原因是其高昂的成本，在其成本结构中，原材料约占成本的40%。因此采用廉价的合金元素（如Fe、Cr、Mn等）代替昂贵的合金元素（如V、Zr、Nb、Mo等）来强化钛合金是降低钛合金成本的重要途径之一。
目前，国内外已成功开发的的低成本钛合金主要有：美国Timet公司以Fe作为合金元素开发的低成本高强钛合金Ti-1.5Al-6.8Mo-4.5Fe（Timetal LCB）和汽车用钛Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si（Timetal 62S）。Timetal LCB合金可以像钢一样冷加工或温加工，性能与Ti-1023相当，成本仅为Ti-6Al-4V的78%；Timetal 62S的性能优于Ti-6Al-4V，成本视产品形式可降低15%~20%。日本东邦钛公司开发了用于文体市场的TIX（Ti-Fe-O-N）系列低成本钛合金，由于使用了低廉的Fe、O、N而使合金成本大大降低，同时强度提高，热加工性明显改善。后来又研发出Ti-4.3Fe-7.1Cr（TFC）和Ti-4.3Fe-7.1Cr-3.0Al（TFCA）两种医用合金。由于加入了Fe、Cr，使成本低于其他钛合金。国内也开展了这方面的研究工作，通过合金设计手段，成功研制出采用廉价Fe-Mo中间合金代替昂贵合金元属V的Ti2LC和Ti8LC低成本钛合金，两种合金的室温拉伸性能均优于TC4，对两种合金正在进行扩大试验。因此如何进一步降低钛合金的成本，扩大钛合金的使用范围是本技术领域急待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种含Cr、Mn合金元素的钛合金，是一种低成本钛合金。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种含Cr、Mn合金元素的钛合金，其组份和含量为：10~12wt%的铬，3~5wt%的锰，4~5wt%的铝，0.0~0.05wt%的氧，0.0~0.01wt%的碳，0.0~0.01wt%的氮，0.0~0.001wt%的氢，余量为钛。
与现有技术相比，本发明具有如下的突出的实质性特点和显著地优点：
本发明的钛合金利用廉价的合金元素Cr、Mn作为钛合金的强化元素，不仅可以大幅降低钛合金的成本，而且拥有良好的机械性能，该合金性能与TC4相当、成本低廉，比TC4更低仅为TC4的48%，利用本发明可对钛合金的使用范围扩大和对钛合金市场的扩展具有非常重要的意义。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
实施例1
将市售的海绵钛、纯铬、纯铝、纯锰，按表1的成分配比配料，在普通的箱式电阻炉中预处理（150~200℃保温12个小时），然后再分瓣式水冷铜坩埚中熔炼4次炼制成铸锭，铸锭加热到730℃，在横列式轧机上轧制成厚度为5mm的板材。轧制成的板材经表2热处理制度的热处理后，按国标GB/T228-2002的要求进行力学实验测试，其力学性能见表2。
表1 实施例1中合金的配比成分
| 化学元素 | Cr | Mn | Al | O | N | C | H | Ti |
| 含量（wt%） | 12 | 4.16 | 4.58 | 0.02 | 0.001 | 0.001 | 0.001 | 余量 |
表2 实施例1中板材的力学性能
| 热处理制度 | Rm（Mpa） | Rp0.2（Mpa） | A（%） | Z（%） |
| 750℃/1.5h/AC+500℃/4h/AC | 1384 | 1297 | 8 | 23 |
| 550℃/4h/AC | 1343 | 1243 | 10 | 31 |
实施例2
将市售的海绵钛、纯铬、纯锰、钛铝中间合金，按表3的成分配比成电极块，电极块在真空等离子箱内焊接成真空自耗电极。然后进行4次真空自耗电极电弧熔炼制成铸锭，铸锭经1100℃开坯锻造成φ35mm的轧制棒坯，棒坯加热到750℃，在横列式轧机上轧制成φ15mm的棒材。轧制的棒材经表4热处理制度的热处理后，按国标GB/T228-2002的要求进行力学实验测试，其力学性能见表4。
表3 实施例2中合金的配比成分
| 化学元素 | Cr | Mn | Al | O | N | C | H | Ti |
| 含量（wt%） | 12 | 5 | 4.26 | 0.05 | 0.001 | 0.001 | 0.001 | 余量 |
表4 实施例2中棒材的力学性能
| 热处理制度 | Rm（Mpa） | Rp0.2（Mpa） | A（%） | Z（%） |
| 750℃/1.5h/AC+500℃/4h/AC | 1407 | 1300 | 8.4 | 25 |
| 550℃/4h/AC | 1350 | 1261 | 11 | 32 |
Claims (1)
1.一种含Cr、Mn合金元素的钛合金，其特征在于，其组份和含量为：10~12wt%的铬，3~5wt%的锰，4~5wt%的铝，0.0~0.05wt%的氧，0.0~0.01wt%的碳，0.0~0.01wt%的氮，0.0~0.001wt%的氢，余量为钛。
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|---|---|
| CN (1) | CN103074519A (zh) |
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|---|---|---|---|---|
| CN103938022A (zh) * | 2014-03-24 | 2014-07-23 | 上海大学 | 一种含Cr和Mn合金元素的新型α钛合金 |
| CN104388755A (zh) * | 2014-12-20 | 2015-03-04 | 常熟市强盛电力设备有限责任公司 | 风力发电机定子机座 |
| CN105714150A (zh) * | 2016-03-08 | 2016-06-29 | 上海大学 | 一种含Fe和Mn元素的低成本钛合金 |
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| JPS6465238A (en) * | 1987-09-04 | 1989-03-10 | Kobe Steel Ltd | High strength and high ductile ti alloy |
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2013
- 2013-01-09 CN CN2013100066146A patent/CN103074519A/zh active Pending
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