CN106507834B - 一种近α型超低温钛合金及其制备方法 - Google Patents

一种近α型超低温钛合金及其制备方法

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Abstract

一种近α型超低温钛合金及其制备方法，涉及一种用于超低温的燃料储存传输系统及其它低温工程装置用的近α钛合金，特别是温度最低可达4.2K的低温近α钛合金。其特征在于其合金的重量百分比组成为：Al：1.0％-4.0％，Zr：1.0％～5.0％。Mo：0.2％～2.0％，Nb：0.2％～2.5％，余量为Ti及不可避免的杂质。与现在的低温钛合金相比，该合金保持了足够强度的情况下，较大范围地保证了合金室温及低温(20K)下的塑性，适应了航天领域对超低温钛合金的要求。该合金具有强度适中、易焊接、冷成型优良和在液氢中不发生氢脆、易生产。

Description

一种近α型超低温钛合金及其制备方法
技术领域
一种近α型超低温钛合金及其制备方法，涉及一种用于超低温的燃料储存传输系统及其它低温工程装置用的近α钛合金，特别是温度最低可达4.2K的低温近α钛合金。
背景技术
通常情况下，钛合金视其类型，不同程上随着温度的降低，钛合金的强度升高、塑性降低。对于α钛合金和近α钛合金，随着温度降低强度升高的同时，其塑性降低幅度较小；而对α+β、近β及β钛合金，随着温度降低强度升高的同时，其塑性损失较大，有的甚至发生脆断。因此，低温下应用的钛合金范围比较小，只限于α、近α及少量α+β型钛合金，如可在20K温度下应用的α型钛合金Ti-5Al-2.5Sn(ELI)和近α型钛合金LT700，以及可在77K温度下使用的α+β型钛合金Ti-6Al-4V(ELI)及杨冠军在“试验温度对Ti-3Al-2.5Zr合金拉伸形为的影响”(金属学报VoL，35，Supp1.1，1999年9月)一文提及的钛合金，上述这几种钛合金的室温强度较高800-1100MPa，不能冷轧成管材并进行冷弯，因此只限于用于液氢燃料储箱及涡轮泵等低温构件。
发明内容
本发明的目的是针对上述已有的钛合金在超低温情况下存在的不足，提供一种具有冷加工及冷成型良好，易于焊接，在液氢中不发生氢脆，且在300K至20K温度之间具有足够强度和韧性的近α型超低温钛合金及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种近α型超低温钛合金，其特征在于其合金的重量百分比组成为：Al：1.0％-4.0％，Zr：1.0％～5.0％，Mo：0.2％～2.0％，Nb：0.2％～2.5％，余量为Ti及不可避免的杂质。
本发明的超低温钛合金的制备是采用Al-Mo、Ti-Nb中间合金，海绵锆，铝条和海绵钛按设计成份混合压制电极，利用普遍采用的真空自耗电弧炉二次熔炼成合金锭。
本发明的一种近α型超低温钛合金的制备方法，包括：
(1)采用Al-Mo、Ti-Nb中间合金、海绵锆、铝条和海绵钛按设计成分混合压制电极；
(2)采用真空自耗电弧炉压制的电极二次熔炼成合金锭；
(3)将合金锭锻造成合金成品材料；
(4)合金成品材料热处理；
其特征在于，在所述的步骤(3)中合金锭是在1020℃～1120℃温度下开坯锻造成坯，每火次变形量60％～75％，成品锻件锻造温度控制在900℃～980℃，终锻为800℃～880℃；在所述的步骤(4)中合金成品冷加工材经900℃～950℃/45～60分钟+740℃～760℃/60～120分钟+590℃～610℃/60～120分钟+490℃～510℃/90～180钟炉冷后使用。
合金锭在1020℃～1120℃温度下开坯锻造成各种饼、棒及板坯，每火次变形量大于60％。成品锻件锻造温度控制在高于相变点(相变点为920℃±10℃)20℃～40℃开锻，终锻为800℃～880℃。
空心管坯热挤压温度在750℃～790℃之间，挤压比在5～10之间。板坯热轧温度在780℃～820℃，每次变形量在60％左右。管材和板材冷轧采用钛合金常规工艺制度，每道次变形量控制在20％～25％之间，退火间总变形量控制在50％左右。管材和板材冷轧中间退火温度为700℃～850℃/30～120分钟。
合金成品锻件经700℃～800℃/45～120分钟处理，管材、板材经相变点±10℃/45～60分钟+740℃～760℃/60～120分钟+590℃～610℃/60～120分钟+490℃～510℃/90～180分钟处理后可在低温环境下使用。
热处理后机械性能为：
锻件：
室温拉伸：σb：600～680MPa，σ0.2：460～560 MPa，δ：16％-25％；
20K拉伸：σb：1200～1450 MPa，σ：6％～13％；
管材：
室温拉伸：σb：600～650MPa，σ0.2：460～510 MPa，δ：18％-22％；
20K拉伸：σb：1200～1350 MPa，δ：10％～16％；
冷轧板：
室温拉伸：σb：600～660MPa，σ0.2：460～560 MPa，δ：18％-33％；
20K拉伸：σb：1200～1480 MPa，δ：6％～18％；
与现在的低温钛合金相比，该合金保持了足够强度的情况下，较大范围地保证了合金室温及低温(20K)下的塑性，适应了航天领域对超低温钛合金的要求。该合金具有强度适中、易焊接、冷成型优良和在液氢中不发生氢脆、易生产。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步说明。
一种近α型超低温钛合金，，合金的重量百分比组成为：Al：1.0％～4.0％，Zr：1.0％～5.0％。Mo：0.2％～2.0％，Nb：0.2％～2.5％，余量为Ti及不可避免的杂质。制备是采用Al-Mo、Ti-Nb中间合金，海绵锆，铝条和海绵钛按设计成份混合压制电极，利用普遍采用的真空自耗电弧炉二次熔炼成合金锭。
合金锭在1020℃～1120℃温度下开坯锻造成各种饼、棒及板坯，每火次变形量大于60％。成品锻件锻造温度控制在高于相变点(相变点为920℃±10℃)20℃～40℃开锻，终锻为800℃～880℃。
空心管坯热挤压温度在750℃～790℃之间，挤压比在5～10之间。板坯热轧温度在780℃～820℃，每次变形量在60％左右。管材和板材冷轧采用钛合金常规工艺制度，每道次变形量控制在20％～25％之间，退火间总变形量控制在50％左右。管材用板材冷轧中间退火温度为700℃～850℃/30～120分钟。
合金成品锻件经700℃～800℃/45～120分钟处理，管材、板材经相变点±10℃/45～60分钟+740℃～760℃/60～120分钟+590℃～610℃/60～120分钟+490℃～510℃/90～180分钟处理后可在低温环境下使用。
实施例1
合金有成份为Ti-2.8Al-3.0Zr-1.2Mo-0.5Nb，即合金含Al：2.8％，Zr：3.0％，Mo：1.2％，Nb：0.5％，余量为钛和不可避免的杂质。采用Al-Mo、Ti-Nb中间合金，海绵锆，铝条和海绵钛按设计成份混合压制电极，利用普遍采用的真空自耗电弧炉二次熔炼成合金锭。合金锭在1050℃温度下开坯锻造成棒坯。棒坯机加工成空心挤压用管坯后在780℃挤压成挤压坯，挤压比为6.板坯热轧温度在780℃～820℃，每次变形量在60％左右。管材每道次变形量为控制在20％，中间退火温度为780℃/60分钟。
合金成品管材经930℃/45分钟+750℃/60分钟+600℃/60分钟+500℃/90分钟(氩气保护炉冷)处理后的机械性能为：
室温拉伸：σb：660MPa，σ0.2：530 MPa，δ：20％；
20K拉伸：σb：1310 MPa，δ：15％；
实施例2
合金有成份为Ti-1.0 Al-4.0Zr-0.5Mo-2.0Nb，即合金含Al：1.0％，Zr：4.0％，Mo：0.5％，Nb：2.0％，余量为钛和不可避免的杂质。采用Al-Mo、Ti-Nb中间合金，海绵锆，铝条和海绵钛按设计成份混合压制电极，利用普遍采用的真空自耗电弧炉二次熔炼成合金锭。合金锭在1070℃温度下开坯锻造成板坯。成品锻造温度为940℃，终锻温度880℃.
合金热轧温度在820℃，每火变形量在55％左右。冷轧板材每道次变形量为控制在25％，中间退火温度为790℃/60分钟。
合金成品锻件经750℃/90分钟处理，冷轧板经920℃/60分钟+750℃/70分钟+600℃/70分钟+500℃/120分钟(真空保护炉冷)处理后的机械性能为：
锻件：
室温拉伸，弦向：σb：670MPa，σ0.2：550 MPa，δ：20％：
20K拉伸，弦向：σb：1460 MPa，δ：10％；
1.5mm厚冷轧板：
室温拉伸，纵向：σb：630MPa，σ0.2：545 MPa，δ：32％；
20K拉伸，纵向：σb：1320 MPa，δ：13％；
实施例3
合金有成份为Ti-2.6 Al-2.8Zr-1.0Mo-1.0Nb，即合金含Al：2.6％，Zr：2.8％，Mo：1.0％，Nb：1.0％，余量为钛和不可避免的杂质。采用Al-Mo、Ti-Nb中间合金，海绵锆，铝条和海绵钛按设计成份混合压制电极，利用普遍采用的真空自耗电弧炉二次熔炼成合金锭。合金锭在1110℃温度下开坯锻造成板坯。成品锻造温度为970℃，终锻温度820℃.
合金热轧温度在790℃，每火次变形量在60％左右。冷轧板材变形量20％，中间退火温度为830℃/60分钟。
合金成品锻件经750℃/90分钟处理，冷轧板经940℃/60分钟+750℃/70分钟+600℃/70分钟+500℃/120分钟(真空保护炉冷)处理后的机械性能为：
锻件：
室温拉伸，弦向：σb：650MPa，σ0.2：545 MPa，δ：18％；
20K拉伸，弦向：σb：1410 MPa，δ：8％；
1.5mm厚冷轧板：
室温拉伸，纵向：σb：640MPa，σ0.2：550 MPa，δ：33％；
20K拉伸，纵向：σb：1370 MPa，δ：12％；

Claims (2)

1.一种近α型超低温钛合金，其特征在于其合金的重量百分比组成为：Al：1.0％～4.0％，Zr：1.0％～5.0％，Mo：0.2％～2.0％，Nb：0.2％～2.5％，余量为Ti及不可避免的杂质。
2.按照权利要求1所述的一种近α型超低温钛合金的制备方法，包括：
(1)采用Al-Mo、Ti-Nb中间合金、海绵锆、铝条和海绵钛按设计成分混合压制电极；
(2)采用真空自耗电弧炉压制的电极二次熔炼成合金锭；
(3)将合金锭锻造成合金成品材料；
(4)合金成品材料热处理；
其特征在于，在所述的步骤(3)中合金锭是在1020℃～1120℃温度下开坯锻造成坯，每火次变形量60％～75％，成品锻件锻造温度控制在900℃～980℃，终锻为800℃～880℃；在所述的步骤(4)中合金成品冷加工材经900℃～950℃/45～60分钟+740℃～760℃/60～120分钟+590℃～610℃/60～120分钟+490℃～510℃/90～180钟炉冷后使用。
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CN108929972A (zh) * 2017-05-24 2018-12-04 江苏天工科技股份有限公司 一种适用于超低温工作环境的钛合金

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