CN104313393B - 一种超高温钛合金 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高温钛合金，由以下重量百分比的成分组成：Nb+V28％～43％，Cr+Mo+W10％～19％，Zr+Al1％～5％，余量为Ti和不可避免的杂质；其中，20％≤Nb≤35％，5％≤V≤18％，5％≤Cr≤13％，Mo≤8％，W≤6％，Al≤3.5％；所述超高温是指钛合金的使用温度为850℃～1050℃。本发明的超高温钛合金热塑性高，具有良好的冷热加工工艺性，冷加工性优良，可进行板材及管材冷轧，在850℃～1050℃温度范围内抗拉强度达80MPa～260MPa，显著高于常规的高温钛合金，有潜力作为高温非高承力应用的钛合金。

Description

一种超高温钛合金
技术领域
本发明属于超高温钛合金技术领域，具体涉及一种超高温钛合金。
背景技术
目前商业应用的高温钛合金一般是近α型钛合金，其特点是在500℃～600℃温度范围内具有高的热强性并满足长期服役的要求，短时服役温度可达到750℃。在800℃以上的温度下，近α型钛合金高温钛合金的强度急剧降低，在温度超过1000℃时，强度甚至不到20MPa，难以满足应用的需求。Ti2AlNb、Ti3Al及TiAl金属间化合物的长期使用温度在650℃～850℃之间，短时服役温度可到达1000℃，但金属间化合物加工性及焊接性很差，难以进行冷轧及板材或管材的室温成形。铌合金同时满足高温强度及室温工艺性的问题，但铌合金密度大、成本高，对于减重及成本控制不利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种超高温钛合金。该超高温钛合金热塑性高，具有良好的冷热加工工艺性，冷加工性优良，可进行板材及管材冷轧，使用温度高达850℃～1050℃；本发明的超高温钛合金在850℃～1050℃温度范围内抗拉强度达80MPa～260MPa，显著高于常规的高温钛合金，有潜力作为高温非高承力应用的钛合金。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种超高温钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Nb+V 28％～43％，Cr+Mo+W10％～19％，Zr+Al1％～5％，余量为Ti和不可避免的杂质；其中，20％≤Nb≤35％，5％≤V≤18％，5％≤Cr≤13％，Mo≤8％，W≤6％，Al≤3.5％；所述超高温是指钛合金的使用温度为850℃～1050℃。
上述的一种超高温钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Nb20％，V18％，Cr5％，Mo8％，Zr1.5％，Al3.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。
上述的一种超高温钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Nb25％，V15％，Cr5％，Mo6％，W2％，Zr1％，Al3％，余量为Ti和不可避免的杂质。
上述的一种超高温钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Nb30％，V10％，Cr8％，Mo5％，W3％，Zr2％，Al2％，余量为Ti和不可避免的杂质。
上述的一种超高温钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Nb20％，V8％，Cr13％，W6％，Zr1％，Al2％，余量为Ti和不可避免的杂质。
上述的一种超高温钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Nb35％，V5％，Cr12％，Mo5％，Al1％，余量为Ti和不可避免的杂质。
上述的一种超高温钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Nb35％，V8％，Cr10％，Mo5％，W2％，Zr2％，Al1％，余量为Ti和不可避免的杂质。
上述的一种超高温钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Nb30％，V13％，Cr5％，Mo5％，Zr2％，Al2％，余量为Ti和不可避免的杂质。
本发明的超高温钛合金的制备方法为钛合金的常规制备方法：根据需要选择合适的中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极，经真空自耗电弧重熔法得到合金锭，合金锭在液压锻造机或锻锤等自由锻造设备上进行开坯锻造，可根据需要进行棒材锻造、板材轧制、棒丝材轧制等热加工工艺制成成品，成品经退火后使用。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明的超高温钛合金热塑性高，具有良好的冷热加工工艺性，冷加工性优良，可进行板材及管材冷轧，使用温度高达850℃～1050℃；本发明的超高温钛合金在850℃～1050℃温度范围内抗拉强度达80MPa～260MPa，显著高于常规的高温钛合金，有潜力作为高温非高承力应用的钛合金。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
本发明的超高温钛合金，所涉及的中间合金包括金属铌(铌烧结条或铌棒)、铝钒合金、电解铬、钼粉、钨粉、钛钨合金、海绵锆，所使用的海绵钛为0级。其合金的重量百分比组成为Nb+V 28％～43％，Cr+Mo+W13％～19％，Zr+Al1％～5％，余量为Ti和不可避免的杂质；其中，20％≤Nb≤35％，5％≤V≤18％，5％≤Cr≤13％，Mo≤8％，W≤6％，Al≤3.5％。根据需要选择合适的中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极，经常规真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金锭在1100℃～1200℃温度下开坯锻造，管坯挤压及板材热轧温度控制在950℃～1050℃，冷轧或冷拉过程中间退火温度控制在750℃～850℃，冷加工时退火前累计变形量不超过75％，合金成品经850℃～950℃退火处理后使用。合金成品经退火处理后的室温拉伸性能为：σb为850MPa～1020MPa，δ为14％～22％。
实施例1
本实施例钛合金的名义成分为Ti-20Nb-18V-5Cr-8Mo-1.5Zr-3.5Al，即按重量百分比计为：Nb20％，V18％，Cr5％，Mo8％，Zr1.5％，Al3.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：铌烧结条、Al-85V合金、电解铬、钼粉、海绵锆和0级海绵钛。
本实施例的钛合金的制备方法为：将中间合金(铌烧结条、Al-85V合金、电解铬、钼粉和海绵锆)与0级海绵钛按设计成分混合压制电极后，用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金锭在1200℃温度下开坯锻造成厚度为80mm的板坯，在980℃热轧成厚度为6mm板材，然后经一次800℃中间退火冷轧成厚度为2mm薄板，合金薄板经850℃/60min退火处理。
本实施退火处理后的合金薄板的室温拉伸性能为：σb为970MPa，σ0.2为880MPa，δ为16％；850℃拉伸性能为：σb为230MPa，δ为80％；1050℃拉伸性能为：σb为83MPa，δ为150％；合金薄板使用温度高达850℃～1050℃。
实施例2
本实施例钛合金的名义成分为Ti-25Nb-15V-5Cr-6Mo-2W-1Zr-3Al，即按重量百分比计为：Nb25％，V15％，Cr5％，Mo6％，W2％，Zr1％，Al3％，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：铌烧结条、Al-85V合金、电解铬、钼粉、Ti-30W合金、海绵锆和0级海绵钛。
本实施例的钛合金的制备方法为：将中间合金(铌烧结条、Al-85V合金、电解铬、钼粉、Ti-30W合金和海绵锆)与0级海绵钛按设计成分混合压制电极后用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金锭在1180℃温度下开坯锻造成直径50mm锻棒，在980℃热轧成直径8mm盘条，然后经三道次拉制成直径3.5mm合金丝材，合金丝材经850℃/60min退火处理。
本实施退火处理后的合金丝材的室温拉伸性能为：σb为920MPa，σ0.2为850MPa，δ为16％；850℃拉伸性能为：σb为260MPa，δ为120％；1050℃拉伸性能为：σb为95MPa，δ为170％；合金丝材使用温度高达850℃～1050℃。
实施例3
本实施例钛合金的名义成分为Ti-30Nb-10V-8Cr-5Mo-3W-2Zr-2Al，即按重量百分比计为：Nb30％，V10％，Cr8％，Mo5％，W3％，Zr2％，Al2％，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：铌棒、Al-85V合金、电解铬、钼粉、Ti-30W合金、海绵锆和0级海绵钛。
本实施例的钛合金的制备方法为：将中间合金(铌棒、Al-85V合金、电解铬、钼粉、Ti-30W合金和海绵锆)与0级海绵钛按设计成分混合压制电极后用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金铸锭在1150℃温度下开坯锻造成直径150mm棒坯，在1050℃挤压成壁厚为6mm的管坯，然后经两次800℃中间退火冷轧成壁厚1.5mm的合金管材，合金管材经850℃/60min退火处理。
本实施退火处理后的合金管材的室温拉伸性能为：σb为990MPa，σ0.2为910MPa，δ:14％；850℃拉伸性能为：σb为220MPa，δ为55％；1050℃拉伸性能为：σb为80MPa，δ为75％；合金管材使用温度高达850℃～1050℃。
实施例4
本实施例钛合金的名义成分为Ti-20Nb-8V-13Cr-6W-1Zr-2Al，即按重量百分比计为：Nb20％，V8％，Cr13％，W6％，Zr1％，Al2％，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：铌棒、Al-85V合金、电解铬、钼粉、Ti-30W合金、海绵锆和0级海绵钛。
本实施例的钛合金的制备方法为：将中间合金(铌棒、Al-85V合金、电解铬、钼粉、Ti-30W合金和海绵锆)与0级海绵钛按设计成分混合压制电极后用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金锭在1200℃温度下开坯锻造成厚度为80mm的板坯，在1050℃热轧成厚度为6mm板材，然后冷轧成厚度为3mm的合金薄板，合金薄板经850℃/60min退火处理。
本实施退火处理后的合金薄板的室温拉伸性能为：σb为1020MPa，σ0.2为890MPa，δ为15％；850℃拉伸性能为：σb为240MPa，δ为80％；1050℃拉伸性能为：σb为90MPa，δ为170％；合金薄板使用温度高达850℃～1050℃。
实施例5
本实施例钛合金的名义成分为Ti-35Nb-5V-12Cr-5Mo-1Al，即按重量百分比计为：Nb35％，V5％，Cr12％，Mo5％，Al1％，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：铌棒、Al-85V合金、钼粉、Ti-30W合金、海绵锆和0级海绵钛。
本实施例的钛合金的制备方法为：将中间合金(铌棒、Al-85V合金、钼粉、Ti-30W合金和海绵锆)与0级海绵钛按设计成分混合压制电极后用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金锭在1100℃温度下开坯锻造成Ф120mm圆棒，在1000℃热挤压成壁厚6mm管坯，然后经二次800℃中间退火冷轧成壁厚为3mm的合金管材，合金管材经900℃/90min退火处理。
本实施退火处理后的合金管材的室温拉伸性能为：σb为910MPa，σ0.2为840MPa，δ为18％；850℃拉伸性能为：σb为245MPa，δ为60％；1050℃拉伸性能为：σb为95MPa，δ为160％；合金管材使用温度高达850℃～1050℃。
实施例6
本实施例钛合金的名义成分为Ti-35Nb-8V-10Cr-5Mo-2W-2Zr-1Al，即按重量百分比计为：Nb35％，V8％，Cr10％，Mo5％，W2％，Zr2％，Al1％，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：铌棒、Al-85V合金、钼粉、Ti-30W合金、海绵锆和0级海绵钛。
本实施例的钛合金的制备方法为：将中间合金(铌棒、Al-85V合金、钼粉、Ti-30W合金和海绵锆)与0级海绵钛按设计成分混合压制电极后用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金锭在1150℃温度下开坯锻造成厚度为80mm的板坯，在1050℃热轧成厚度为6mm的合金薄板，合金薄板经950℃/60min退火处理。
本实施退火处理后的合金薄板的室温拉伸性能为：σb为850MPa，σ0.2为760MPa，δ为22％；850℃拉伸性能为：σb为250MPa，δ为70％；1050℃拉伸性能为：σb为88MPa，δ为190％；合金薄板使用温度高达850℃～1050℃。
实施例7
本实施例钛合金的名义成分为Ti-30Nb-13V-5Cr-5Mo-2Zr-2Al，即按重量百分比计为：Nb30％，V13％，Cr5％，Mo5％，Zr2％，Al2％，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：铌条、Al-85V合金、钼粉、海绵锆和0级海绵钛。
本实施例的钛合金的制备方法为：将中间合金(铌条、Al-85V合金、钼粉和海绵锆)与0级海绵钛按设计成分混合压制电极后用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金锭在1150℃温度下开坯锻造成直径为100mm的棒坯，在1050℃热轧成直径为12mm的合金棒材，合金棒材经950℃/60min退火处理。
本实施退火处理后的合金棒材的室温拉伸性能为：σb为910MPa，δ为20％；850℃拉伸性能为：σb为245MPa，δ为85％；1050℃拉伸性能为：σb为90MPa，δ为200％；合金棒材使用温度高达850℃～1050℃。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种超高温钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Nb+V 28％～43％，Cr+Mo+W 10％～19％，Zr+Al 1％～5％，余量为Ti和不可避免的杂质；其中，20％≤Nb≤35％，5％≤V≤18％，5％≤Cr≤13％，Mo≤8％，W≤6％，Al≤3.5％；所述超高温是指钛合金的使用温度为850℃～1050℃。
2.根据权利要求1所述的一种超高温钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Nb 20％，V 18％，Cr 5％，Mo 8％，Zr 1.5％，Al3.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种超高温钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Nb 25％，V 15％，Cr 5％，Mo 6％，W 2％，Zr 1％，Al 3％，余量为Ti和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种超高温钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Nb 30％，V 10％，Cr 8％，Mo 5％，W 3％，Zr 2％，Al 2％，余量为Ti和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的一种超高温钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Nb 20％，V 8％，Cr 13％，W 6％，Zr 1％，Al 2％，余量为Ti和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的一种超高温钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Nb 35％，V 5％，Cr 12％，Mo 5％，Al 1％，余量为Ti和不可避免的杂质。
7.根据权利要求1所述的一种超高温钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Nb 35％，V 8％，Cr 10％，Mo 5％，W 2％，Zr 2％，Al 1％，余量为Ti和不可避免的杂质。
8.根据权利要求1所述的一种超高温钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Nb 30％，V 13％，Cr 5％，Mo 5％，Zr 2％，Al 2％，余量为Ti和不可避免的杂质。
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