CN106521237A - 一种近β型高强高韧钛合金 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种近β型高强高韧钛合金，其特征在于，所述钛合金所含各合金元素的重量百分比为：Al 2.5％‑3.5％，Mo 4％‑6％，V 4％‑6％，Cr 3％‑5％，Nb 1.5％‑3％，余量为钛和不可避免的杂质。本申请的近β型高强高韧钛合金抗拉强度Rm≥1300MPa，屈服强度Rp0.2≥1200MPa，断裂韧性K1C≥70MPa·m‑1/2，是一种高强高韧的近β型钛合金。
Description
技术领域
本申请涉及一种钛合金，更具体地，涉及一种近β型高强高韧钛合金，属于材料技术领域。
背景技术
近β型高强高韧钛合金，是近年来钛合金发展的主要方向之一。近β型高强高韧钛合金在材料的应用领域中主要以锻造、变形加工并辅之以热处理强化工艺，作为结构件应用于航空、航天、航海等需要高强高韧的结构部位。
美国的Ti-1023(Ti-10V-2Fe-3Al)和俄罗斯的BT22(Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe)从上世纪七十年代起，一直是该领域应用最为广泛的钛合金材料。以Ti-1023为例，常用的两个级别分别为(1)抗拉强度Rm≥1105MPa，断裂韧性K1C≥60MPa·m-1/2；(2)抗拉强度Rm≥1240MPa，断裂韧性K1C≥44MPa·m-1/2。而BT22钛合金，其强度、韧性值与Ti-1023钛合金相当。
Ti-B19钛合金是我国目前使用的强度级别最高的海洋工程用钛合金，其抗拉强度Rm≥1250MPa，屈服强度Rp0.2≥1150MPa，延伸率A％≥6％，断裂韧性K1C≥70MPa·m-1/2。
随着国内外海洋工程的发展，现有的高强高韧钛合金材料已经不足以满足人们的需求，需要研究开发出抗拉强度Rm≥1300MPa，屈服强度Rp0.2≥1200MPa的高强高韧钛合金。
有鉴于此，特提出此申请。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一种近β型高强高韧钛合金，该合金的抗拉强度Rm≥1300MPa，屈服强度Rp0.2≥1200MPa，而且，该合金的韧塑性匹配良好。
为了实现上述目的，本申请通过以下技术方案实现：
一种近β型高强高韧钛合金，其特征在于，所述钛合金所含各合金元素的重量百分比为：Al 2.5％-3.5％，Mo 4％-6％，V 4％-6％，Cr 3％-5％，Nb 1.5％-3％，余量为钛和不可避免的杂质。
优选地，所述钛合金所含各合金元素的重量百分比为：Al 3％，Mo 4％-6％，V5％，Cr 3％-5％，Nb 2％-3％，余量为钛和不可避免的杂质。
优选地，所述钛合金所含各合金元素的重量百分比为：Al 3％，Mo 5％，V 5％，Cr4％，Nb 2％，余量为钛和不可避免的杂质。
优选地，所述钛合金中，不可避免的杂质包含该合金中的杂质元素：Fe≤0.3％，C≤0.05％，N≤0.04％，H≤0.03％，O≤0.15％；其他杂质单元素含量均≤0.01％，总杂质含量≤0.5％。
优选地，所述合金的钼当量[Mo]当为10～17，铝当量[Al]当≤5；
[Mo]当的计算公式：
[Mo]当＝Mo+0.67V+1.6Cr+0.28Nb+2.9Fe-1Al；
[Al]当的计算公式：
[Al]当＝Al+0.33Sn+0.17Zr+10O。
本申请的有益效果是：
本发明提供的近β型高强高韧钛合金，采用了Ti-Al-Mo-V-Cr-Nb合金，名义化学成分是Ti-3Al-5Mo-5V-4Cr-2Nb，合理调整了铝当量和钼当量的比例，使强度和韧性指标明显提高，性能更为优良；本申请的近β型高强高韧钛合金抗拉强度Rm≥1300MPa，屈服强度Rp0.2≥1200MPa，断裂韧性K1C≥70MPa·m-1/2。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
下面对本发明做进一步详细说明。一种近β型高强高韧钛合金，其特征在于：该合金的重量百分比为：Al 2.5％-3.5％，Mo 4％-6％，V 4％-6％，Cr 3％-5％，Nb 1.5％-3％，余量为钛；该合金中的杂质元素：Fe≤0.3％，C≤0.05％，N≤0.04％，H≤0.03％，O≤0.15％。
本申请的近β型高强高韧钛合金，钼当量[Mo]当为10～17，铝当量[Al]当≤5；
[Mo]当的计算公式：
[Mo]当＝Mo+0.67V+1.6Cr+0.28Nb+2.9Fe-1Al；
[Al]当的计算公式：
[Al]当＝Al+0.33Sn+0.17Zr+10O。
其中，上述公式中Mo、V、Cr、Nb、Fe、Al、Sn、Zr、O是指钛合金中各种元素所占合金重量的百分数，如本申请中，公式中的Mo为4-6，Al 2.5-3.5，Mo 4-6，V 4-6，Cr 3-5，Nb 1.5-3。
本申请中近β型高强高韧钛合金的制备过程如下：
按照上述各合金元素的含量范围及钼当量和铝当量的要求配置合金原材料，原材料可以选用海绵钛、Al-85V中间合金、Al-80Mo中间合金、Al-70Nb中间合金、纯铝和纯铬。
按配比成分混料后压制成电极，在真空自耗电弧炉中熔炼3次，获得合金铸锭。铸锭扒皮，切冒口和尾部后，经过开坯锻造、中间多火次变形，最终锻造或轧制棒材、板材、锻件等本申请钛合金的各类半成品，经过合适热处理后的这些合金半成品可以制造工程零部件。
开坯锻造加热温度为1150℃左右，反复墩粗与拔长的加热温度为900℃左右，最终锻造或轧制的加热温度为800℃～850℃。
实施例1
按重量百分比配料，Al：3％，Mo：5％，V：5％，Cr：4％，Nb：2％，余量为钛。原材料使用海绵钛、Al-85V中间合金、Al-80Mo中间合金、Al-70Nb中间合金、纯铝、纯铬。按配比成分混料后压制成电极，在真空自耗电弧炉中熔炼3次，获得合金铸锭。铸锭扒皮，切冒口和尾部后，开坯锻造加热温度为1150℃左右，反复墩粗与拔长的加热温度为900℃左右，在800℃～850℃锻造成35mm×75mm×600mm的方棒，数据见表1。
实施例2
按重量百分比配料，Al：3％，Mo：6％，V：5％，Cr：3％，Nb：2％，余量为钛。原材料使用海绵钛、Al-85V中间合金、Al-80Mo中间合金、Al-70Nb中间合金、纯铝、纯铬。按配比成分混料后压制成电极，在真空自耗电弧炉中熔炼3次，获得合金铸锭。铸锭扒皮，切冒口和尾部后，开坯锻造加热温度为1150℃左右，反复墩粗与拔长的加热温度为900℃左右，在800℃～850℃锻造成35mm×75mm×600mm的方棒，数据见表2。
实施例3
按重量百分比配料，Al：3％，Mo：5％，V：5％，Cr：3％，Nb：3％，余量为钛。原材料使用海绵钛、Al-85V中间合金、Al-80Mo中间合金、Al-70Nb中间合金、纯铝、纯铬。按配比成分混料后压制成电极，在真空自耗电弧炉中熔炼3次，获得合金铸锭。铸锭扒皮，切冒口和尾部后，开坯锻造加热温度为1150℃左右，反复墩粗与拔长的加热温度为900℃左右，在800℃～850℃锻造成35mm×75mm×600mm的方棒，数据见表3。
实施例4
按重量百分比配料，Al：3％，Mo：5％，V：6％，Cr：4％，Nb：3％，余量为钛。原材料使用海绵钛、Al-85V中间合金、Al-80Mo中间合金、Al-70Nb中间合金、纯铝、纯铬。按配比成分混料后压制成电极，在真空自耗电弧炉中熔炼3次，获得合金铸锭。铸锭扒皮，切冒口和尾部后，开坯锻造加热温度为1150℃左右，反复墩粗与拔长的加热温度为900℃左右，在800℃～850℃锻造成35mm×75mm×600mm的方棒，数据见表3。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (5)
1.一种近β型高强高韧钛合金，其特征在于，所述钛合金所含各合金元素的重量百分比为：Al 2.5％-3.5％，Mo 4％-6％，V 4％-6％，Cr 3％-5％，Nb 1.5％-3％，余量为钛和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的近β型高强高韧钛合金，其特征在于，所述钛合金所含各合金元素的重量百分比为：Al 3％，Mo 4％-6％，V 5％，Cr 3％-5％，Nb 2％-3％，余量为钛和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的近β型高强高韧钛合金，其特征在于，所述钛合金所含各合金元素的重量百分比为：Al 3％，Mo 5％，V 5％，Cr 4％，Nb 2％，余量为钛和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的近β型高强高韧钛合金，其特征在于，所述钛合金中，不可避免的杂质包含该合金中的杂质元素：Fe≤0.3％，C≤0.05％，N≤0.04％，H≤0.03％，O≤0.15％；其他杂质单元素含量均≤0.01％，总杂质含量≤0.5％。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种近β型高强高韧钛合金，其特征在于，所述合金的钼当量[Mo]当为10～17，铝当量[Al]当≤5；
[Mo]当的计算公式：
[Mo]当＝Mo+0.67V+1.6Cr+0.28Nb+2.9Fe-1Al；
[Al]当的计算公式：
[Al]当＝Al+0.33Sn+0.17Zr+10O。
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