CN105400993B - 一种耐高速冲击低成本钛合金 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于高强度合金材料制备技术领域的一种耐高速冲击低成本钛合金。采用Cr‑Fe中间合金、铝豆、单质硼和海绵钛,按重量百分比为：Al：0～3％，Cr：2～6％，Fe：1～3％，B：0～0.1％，余量为钛，分层布料压制电极，用常规真空自耗熔炼炉二次熔炼得到合金铸锭。本发明在钛合金中严格控制Cr、Fe的含量及加入B元素，有效的细化铸态组织，使合金的原材料成本低于现有钛合金的原材料成本，约为常用钛合金Ti‑6Al‑4V的四分之三，其动态性能可最大均匀塑形应变大于0.25，其冲击吸收功可达300MJ/m3，满足高速冲击载荷下的使用。

Description

一种耐高速冲击低成本钛合金
技术领域
本发明属于高强度合金材料制备技术领域，特别涉及一种耐高速冲击低成本钛合金
背景技术
钛及钛合金具有，密度小，弹性模量约是钢的一半，热膨胀系数低，无磁性，热导率低，耐腐蚀、对环境无污染等一系列的优点，使得钛合金不但大量应用于航空、航天、舰船、兵器以及化学工业等领域，而且作为汽车用材很早就引起人们的重视。汽车用钛合金可减轻车重，降低燃料消耗，提高工作效率，改善环境和降低噪音等。然而钛合金的制造成本相对于钢铁、铝等大量使用的金属材料高出许多，较高的制备成本在一定程度上阻碍了其在对成本非常敏感的民用领域的应用，汽车领域就是最典型的例子。钛合金在应用过程中会遇到高速冲击和碰撞发生，需要钛合金具有优良的动态承载能力，在遭受冲击时依然能够保持其所制成构件结构的完整性和尺寸的稳定性。
Fe作为钛合金的beta稳定元素，其价格低廉，美国Timet公司在研制Timetal LCB合金时，采用Mo和Fe作为Beta稳定元素来降低合金化成本。Mo和Fe加入到Beta钛合金中，可以加快其时效响应速度，达到时效强度峰值所需时间也较短。Cr与α、β相均溶解，并且存在共析反应。Cr主要起固溶强化作用，可提高合金的塑性、韧性和淬透性；Cr元素还能够细化合金的铸态显微组织，与Mo相比，Cr元素的细化效果比较明显，强化效果也好于Mo元素，而在钛合金中加入B元素可以有效的细化铸态组织并阻碍后续加工过程中已细化晶粒的长大，从而减少变形火次，降低加工成本的目的。
在专利申请号为CN 200810150893.2的《一种低成本高强度钛合金》中，虽然也还有Cr和Fe，但是其Cr和Fe分别采用电解铬和工业铁或Fe-V合金的形式加入；在专利申请号为CN200810117904.7的《一种低成本α+β型钛合金》中，其Cr和Fe分别以铝铬中间合金和铝铁中间合金的形式加入。且日本人在所设计的Ti–4.3Fe–7.1Cr(TFC)和Ti–4.3Fe–7.1Cr–3.0Al(TFCA)中的Cr的含量大于7％、Fe的含量大于4％，有研究发现Fe含量过高容易形成“铁斑”，对合金的性能有不良影响。
国际通用的钛合金抗冲击性能采用霍普金森压杆进行测试后所采集的应力应变曲线进行表征，一般情况其动态性能可最大均匀塑形应变大于0.25，其冲击吸收功大于300MJ/m3被认为具有良好的耐冲击性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐高速冲击低成本钛合金，其特征在于，所述低成本钛合金采用Cr-Fe中间合金、铝豆、单质硼和海绵钛,按重量百分比为：Al：0～3％，Cr：2～6％，Fe：1～3％，B：0～0.1％，余量为钛；分层布料压制成电极，用常规真空自耗熔炼炉二次熔炼得到合金铸锭，其中Cr/Fe比在1.6～2.1之间；其中钛合金中含有初生α相的重量百分比为5％～15％和TiB的重量百分比含量为0％～3％；使钛合金具有优异的耐冲击性，最大均匀塑形应变大于0.25，冲击吸收功达300MJ/m3。
所述合金成分中包含有不可避免的杂质。
所述合金铸锭在1000～1100℃开坯锻造成棒坯，棒坯在相变点以下20～100℃范围内加热，然后采用轧制或锻造成形方法制成Φ12mm棒材，Φ12mm棒材经过热处理后就能得到相应的力学性能，其动态性能最大均匀塑形应变大于0.25，其冲击吸收功达300MJ/m3。
本发明的有益效果是在钛合金中严格控制Cr、Fe的含量及加入B元素，有效的细化铸态组织并阻碍后续加工过程中已细化晶粒的长大，从而减少变形火次，降低合金的加工成本，约为常用钛合金Ti-6Al-4V的四分之三，其动态性能可最大均匀塑形应变大于0.25，其冲击吸收功可达300MJ/m3，满足高速冲击载荷下的使用。
具体实施方式
本发明提供一种耐高速冲击低成本钛合金，下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1
将市售的海绵钛、铝豆、铬铁中间合金按表1中的主成分配比压制电极并焊接成真空自耗电极，然后进行二次真空自耗熔炼得到合金铸锭，用金相法测得相变点为900±5℃。合金铸锭在相变点以上开坯锻造，而经过两相区轧制后制成φ12mm的棒材。对棒材取样进行885℃/0.5h/FC热处理，获得含有初生α相的比例在5W％。对其进行霍普金森压杆实验测得其最大均匀塑形应变为0.25，冲击吸收功可达315MJ/m3
表1 实施例1中合金的配比成分
实施例2
将市售的海绵钛、铝豆、铬铁中间合金按表2中的主成分配比压制电极并焊接成真空自耗电极，然后进行二次真空自耗熔炼得到铸锭，用金相法测得相变点为930±5℃。铸锭在相变点以上开坯锻造，经过两相区轧制后制成φ12mm的棒材。对棒材取样进行880℃/0.5h/FC热处理，获得初生含有初生α相的比例在12％。对其进行霍普金森压杆实验测得其最大均匀塑形应变为0.30，冲击吸收功可达350MJ/m3，
表2 实施例2中合金的配比成分
实施例3
将市售的海绵钛、铝豆、铬铁中间合金按表3中的主成分配比压制电极并焊接成真空自耗电极，然后进行二次真空自耗熔炼得到铸锭，用金相法测得相变点为890±5℃。铸锭在相变点以上开坯锻造，而经过轧制后制成φ12mm的棒材。对棒材取样860℃/0.5h/AC进行热处理，含有初生α相的比例在15％TiB在3％之间，具有优异的耐冲击性，最大均匀塑形应变为0.25，冲击吸收功可达300MJ/m3，
表3 实施例3中合金的配比成分
实施例4
将市售的海绵钛、铝豆、铬铁中间合金按表4中的主成分配比压制电极并焊接成真空自耗电极，然后进行二次真空自耗熔炼得到铸锭，用金相法测得相变点为910±5℃。铸锭在相变点以上开坯锻造，而经过轧制后制成φ12mm的棒材。对棒材取样890℃/0.5h/AC进行热处理，含有初生α相的比例在10％TiB在1.5％之间，具有优异的耐冲击性，最大均匀塑形应变为0.25，冲击吸收功可达320MJ/m3，
表4 实施例4中合金的配比成分

Claims (2)

1.一种耐高速冲击低成本钛合金，其特征在于，将市售的海绵钛、铝豆、铬铁中间合金按重量百分比为：Al：3％，Cr：2.3％，Fe：1.3％，C：0.075％，Si：0.053％余量为钛，分层布料压制电极并焊接成真空自耗电极，然后进行二次真空自耗熔炼得到铸锭，用金相法测得相变点为930±5℃，铸锭在相变点以上开坯锻造，经过两相区轧制后制成φ12mm的棒材，对棒材取样进行880℃/0.5h/FC热处理，获得初生含有初生α相的比例在12％，对其进行霍普金森压杆实验测得其最大均匀塑性应变为0.30，冲击吸收功达350MJ/m3。
2.一种耐高速冲击低成本钛合金，其特征在于，将市售的海绵钛、铝豆、铬铁中间合金按重量百分比为：Al：3％，Cr：2％，Fe：1.1％，B：0.05％，Si：0.053％，C：0.042％，余量为钛，分层布料压制电极并焊接成真空自耗电极，然后进行二次真空自耗熔炼得到铸锭，用金相法测得相变点为910±5℃；铸锭在相变点以上开坯锻造，而经过轧制后制成φ12mm的棒材；对棒材取样890℃/0.5h/AC进行热处理，含有初生α相的比例在10％，TiB在1.5％，具有优异的耐冲击性，最大均匀塑性应变为0.25，冲击吸收功可达320MJ/m3。
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