CN103667788B - 一种钛合金及热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

一种钛合金及热处理工艺，钛合金技术领域。合金中各组分质量含量：Fe含量为3～7%，Al含量为3～5%，C含量为0.01～0.02%，余量为Ti和不可避免的杂质。热处理包括固溶处理和时效处理，固溶处理的温度为820℃～950℃，时间为40‑60分钟，水冷；时效处理的温度为450℃～550℃，时间为4‑6小时，空冷。本发明合金中不含有昂贵的钼、钒等合金元素，降低了合金成本，经过固溶时效热处理工艺，进一步提高其综合性能。

Description

一种钛合金及热处理工艺
技术领域
本发明属于钛合金技术领域，具体涉及一种低成本高强度钛合金及热处理工艺，具体以铁、铝为主合金化元素的低成本高强度钛合金及热处理工艺。
背景技术
钛及钛合金的优异综合性能,在航空航天等领域得到广泛应用,然而与铝合金、钢铁材料相比,高的成本限制了钛合金的更广泛应用,尤其是民用领域，为推广钛合金的应用,有必要开展低成本钛合金及其制备技术研究。在造成钛合金相对较高的成本因素当中，真空熔炼及加工占总成本的60%，原材料占40%，使用廉价的合金元素进行钛合金成分设计可以有效的降低钛合金的成本。
在廉价的合金元素中，铁元素是最常见、应用最为广泛元素之一，并且铁元素在钛合金中是一种很好的β相稳定元素。在钛合金中加入一定量的铁，能够降低相变点，稳定β相，提高材料的冷热加工能力，在很多钛合金中得到了应用。比如航空用TB6合金中加入2%(质量分数)的铁，能够提高热成形能力，非常适合等温锻造和超塑成型工艺。
可用工业纯铁、碳钢、铸铁作为中间合金实现钛合金中铁元素以及微量碳元素的添加，并加入一定量铝元素进一步提高钛合金的强度。实验证明一定量的铁元素在钛合金中具有非常好的强化作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以铁、铝为主合金化元素的低成本高强度钛合金及合金热处理工艺，即合金获得最佳综合性能的热处理温度及时间。
本发明的一种钛合金，其特征在于，合金中各合金组分及其重量百分比为：Fe含量为3～7%，Al含量为3～5%，C含量为0.01～0.02%，余量为Ti和不可避免的杂质。
本发明所提供的热处理工艺，其特征在于，热处理包括固溶处理和时效处理，固溶处理（WQ）的温度为820℃～950℃，时间为40-60分钟（优选40分钟），水冷；时效处理（AC）的温度为450℃～550℃，时间为4-6小时（优选4小时），空冷。
本发明的一种钛合金按照常规的熔炼工艺制备。
本发明的优点是：与常用的钛合金相比，合金中不含有昂贵的钼、钒等合金元素，降低了合金的原材料成本，并推荐该低成本高强度合金固溶时效热处理工艺，进一步提高其综合性能，可作为今后该成分热处理设计的有效依据，使合金具有优异的综合力学性能，在工程领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1实施例1Ti-5Fe-3Al-0.02C合金棒材经过560℃/1h/AC热处理后室温拉伸曲线；
图2实施例1i-5Fe-3Al-0.02C合金棒材经过840℃/40min/WQ+475℃/4h/AC热处理后室温拉伸曲线；
图3实施例2Ti-3Fe-5Al-0.01C合金棒材经过600℃/1h/AC热处理后室温拉伸曲线；
图4实施例2Ti-3Fe-5Al-0.01C合金棒材经过940℃/40min/WQ+500℃/4h/AC热处理后室温拉伸曲线。
具体实施方式
下面作进一步详细说明，低成本高强度钛合金特征在于：该合金重量百分比组成为：Fe含量为3～7%，Al含量为3～5%，C含量为0.01～0.02%，余量为Ti和不可避免的杂质。
低成本Ti-Fe-Al-C钛合金的制备：将0级海绵钛、99.3%的工业纯铁、99.5%的工业纯Al、工业45碳钢中间合金混合，并满足成分要求，在压力机上压制成块。压块在5KG真空悬浮感应炉上熔炼，熔炼温度为1700℃～1850℃，获得钛合金铸锭，将钛合金去皮、去头尾，经开坯锻造、最终锻造成棒材、板材。开坯加热温度在950℃～1050℃之间，最终精锻温度在800℃～900℃之间。
实施例1
按名义成分Ti-5Fe-3Al-0.02C(重量百分比，%)配制合金原料，原材料使用0级海绵钛、99.3%的工业纯铁、99.5%的工业纯Al、工业45钢中间合金。混料后在200吨液压机上压制成块，用5KG真空悬浮感应炉熔炼两次获得合金铸锭，铸锭经扒皮处理后，涂抹玻璃防护润滑剂，防止合金高温氧化。在980℃开坯锻造，随后在850℃下进行多火次墩拔以细化组织，最后锻成φ25mm的棒材。棒材经过560℃/1h/AC热处理后，室温拉伸性能:抗拉强度σb=1104.06MPa,屈服强度σ0.2=952，延伸率δ=13%。（如附图1说明）
棒材经840℃/40min/WQ+475℃/4h/AC和860℃/40min/WQ+500℃/4h/AC固溶时效处理后，获得的力学性能典型值为：抗拉强度≥1250MPa，屈服强度≥970MPa，延伸率≥5%。（如附图2说明）
实施例2
按名义成分Ti-3Fe-5Al-0.01C(重量百分比，%)配制合金原料，原材料使用0级海绵钛、99.3%的工业纯铁、99.5%的工业纯Al。混料后200吨液压机上压制成块，用5KG真空悬浮感应炉熔炼两次获得合金铸锭。铸锭经扒皮处理后，涂抹玻璃防护润滑剂，防止合金高温氧化。在980℃开坯锻造，随后在850℃下进行多火次墩拔以细化组织，最后锻成φ25mm的棒材。棒材经过600℃/1h/AC热处理后，室温拉伸性能:抗拉强度σb=1119MPa,屈服强度σ0.2=954，延伸率δ=16%。（如附图3说明）
棒材经940℃/40min/WQ+500℃/4h/AC和900℃/40min/WQ+500℃/4h/AC固溶时效处理后，获得的力学性能典型值为：抗拉强度≥1070MPa，屈服强度≥930MPa，延伸率≥6%。（如附图4说明）
实施例3～实施例6的合金名义成分参见表1。
Fe：2～7%；Al：3～5%；C：0.01～0.02%；余量为Ti及不可避免杂质。
表1
上述实施例合金制备过程与实施例1和实施例2类似，实施例3～6合金被锻造成φ15mm的棒材，经过500℃～650℃/1h/AC的热处理后获得的力学性能典型值为：抗拉强度≥900MPa，屈服强度≥830MPa,延伸率≥9%。
实施例3～6合金经(820℃～950℃)/1h/WQ+(450℃～550℃)/4h/AC热处理后获得力学性能典型值为：抗拉强度≥1000MPa，屈服强度≥900MPa,延伸率≥6%。

Claims (2)

1.一种钛合金的制备，其特征在于，合金中各合金组分及其重量百分比为：Fe含量为3～7％，Al含量为3％，C含量为0.01～0.02％，余量为Ti和不可避免的杂质；将0级海绵钛、99.3％的工业纯铁、99.5％的工业纯Al、工业45碳钢中间合金混合，并满足成分要求，在压力机上压制成块；压块在真空悬浮感应炉上熔炼，熔炼温度为1700℃～1850℃，获得钛合金铸锭，将钛合金去皮、去头尾，经开坯锻造、最终锻造成棒材、板材；
钛合金的热处理工艺，热处理包括固溶处理和时效处理，固溶处理的温度为820℃～950℃，时间为40-60分钟，水冷；时效处理的温度为450℃～550℃，时间为4-6小时，空冷。
2.权利要求1所述的一种钛合金的制备，其特征在于，固溶时间为40分钟，时效时间为4小时。
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