CN105624467A - 一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金 - Google Patents

一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金 Download PDF

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王树森
鲁雄刚
王世华
林崇茂
程红伟
汪宏斌
陈光耀
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon

Abstract

本发明公开了一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金，其特征在于，该合金各组分元素的质量百比为：铝（Al）：5.5-6.5%；铁（Fe）：2.0-3.0%；锰（Mn）：3.0-4.5%；氧（O）：0-0.05%；碳（C）：0-0.01%；氢（H）：0-0.001%；余量为钛（Ti）。本发明的一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金采用Mn、Fe等元素具有很好的固溶强化作用。通过廉价的元素（如Fe，Cr，Mn等）代替昂贵元素（如V，Mo，Nb等），不仅降低了钛合金制造成本，而且还具有良好的抗蠕变性、焊接和加工韧性。

Description

一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金
技术领域
本发明涉及一种钛合金，特别是涉及一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金。
背景技术
钛及钛合金由于其具有高的比强度、良好的耐腐蚀性、高耐热性和良好的生物相容性而被广泛应用于航空航天、海洋工程、石油化工和生物医药等领域。一般钛合金可以分为三大类：α，β和α+β钛合金。与β和α+β钛合金相比，α钛合金具有更好的抗蠕变性、焊接和加工韧性。α钛合金中，固溶强化是提高合金强度的一个显著方式。它的作用机理是溶质原子的固溶引起原有的晶格发生畸变，使得受力条件下位错的运动受到阻碍，从而提高合金强度。
近年来，α钛合金的固溶合金元素大都集中某些特定的元素如Al，Sn，Zr，Mo，V。事实上Cr、Mn、Fe等元素也有很好的固溶强化作用。如果昂贵元素（如V，Mo，Nb等）可通过廉价的元素（如Fe，Cr，Mn等）代替而不影响合金的性能，那么就可以实现降低α钛合金制造成本的目的。目前，国内外已经使用这种手段开发出一些低成本β和α+β钛合金。例如，Timetal62S（Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si）和TimetalLCB（Ti-4.5Al-6.8Mo-1.5Fe）用Fe作为解决方案的元素，证明它们具有较好的机械性能且成本比TC4（Ti-6Al-4V）要低很多，实现了合金的设计目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金。
本发明一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金，其特征在于，该合金各组分元素的质量百比为：铝（Al）：5.5-6.5%；铁（Fe）：2.0-3.0%；锰（Mn）：3.0-4.5%；氧（O）：0-0.05%；碳（C）：0-0.01%；氢（H）：0-0.001%；余量为钛（Ti）上述含Fe和Mn合金元素的α钛合金的制备方法，包括以下步骤：
按照上述各成分范围配进行配料，配料后将各原料放在箱式电阻炉中150℃下保温12h进行烘干，然后将烘干后的原料再置于分瓣式水冷铜坩埚中进行熔炼，控制熔池温度保持在1650-1750℃，熔炼时间为3-5min，熔炼4-5次，炼制成铸锭；铸锭加热到800℃，在横列式轧机上轧制成板材，其厚度为8-10mm，对轧制得到的板材进行真空退火热处理，退火温度为600℃，保温时间为4h，冷却方式为空冷，真空退火热处理后，得到本发明的一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金板材。
本发明的与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
本发明的一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金采用Mn、Fe等元素具有很好的固溶强化作用。通过廉价的元素（如Fe，Cr，Mn等）代替昂贵元素（如V，Mo，Nb等），不仅降低了钛合金制造成本，而且还具有良好的抗蠕变性、焊接和加工韧性。
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。
实施例1
将市售的海绵钛、纯铝、纯铁、纯锰按表1的成分比进行配料，配制成原料，再将原料放在箱式电阻炉中150℃下保温12h进行烘干，将烘干后的原料再置于分瓣式水冷铜坩埚中进行熔炼，控制熔池温度保持在1650-1750℃，熔炼时间为3-5min，熔炼4-5次，炼制成铸锭，铸锭加热到800℃，在横列式轧机上轧制成板材，其厚度为8-10mm，对轧制得到的板材进行真空退火热处理，退火温度为600℃，保温时间为4h，冷却方式为空冷，真空退火热处理后，得到本发明的一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金板材。
将上述α钛合金板材制成标准样（参照GB/T228.1-2010）进行室温力学性能测试，其力学性能见表2。
由表1和表2中数据可以看出，本发明的α钛合金棒材具有更好的综合力学性能。而且制造成本较低，具有优良性价比。
实施例2
将市售的海绵钛、钛铝中间合金、纯铁、纯锰按表3的成分比进行配料，配制成原料，配料后，采用挤压法将原料制成电极块，然后将电极块放在真空等离子箱内焊接，焊接后的电极置于真空自耗电弧炉4-5次熔炼，电极电弧熔炼制成铸锭，铸锭加热到1080℃，开坯锻造成Φ45mm的轧制棒坯，棒坯加热到800℃，在横列式轧机上轧制成Φ20mm的棒材，对轧制后的棒材进行真空退火热处理，退火温度为600℃，保温时间为4h，冷却方式为空冷，真空退火热处理后，得到本发明的一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金棒材。
将上述α钛合金棒材制成标准样（参照GB/T228.1-2010）进行室温力学性能测试，其力学性能见表4。
由表3和表4中数据可以看出，本发明的α钛合金棒材具有更好的综合力学性能。而且制造成本较低，具有优良性价比。

Claims (2)

1.一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金，其特征在于，该合金各组分元素的质量百比为：铝（Al）：5.5-6.5%；铁（Fe）：2.0-3.0%；锰（Mn）：3.0-4.5%；氧（O）：0-0.05%；碳（C）：0-0.01%；氢（H）：0-0.001%；余量为钛（Ti）。
2.一种根据权利要求1所述的一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：按照上述各成分范围配进行配料，配料后将各原料放在箱式电阻炉中150℃下保温12h进行烘干，然后将烘干后的原料再置于分瓣式水冷铜坩埚中进行熔炼，控制熔池温度保持在1650-1750℃，熔炼时间为3-5min，熔炼4-5次，炼制成铸锭；铸锭加热到800℃，在横列式轧机上轧制成板材，其厚度为8-10mm，对轧制得到的板材进行真空退火热处理，退火温度为600℃，保温时间为4h，冷却方式为空冷，真空退火热处理后，得到含Fe和Mn合金元素的α钛合金板材。
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