CN108929972A - 一种适用于超低温工作环境的钛合金 - Google Patents

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朱小坤
候宇鑫
江静
蒋荣军
陈杰
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Abstract

本发明公开了一种适用于超低温工作环境的钛合金，包括以下重量百分比的成分：Al 2.5‑3.5%，Fe 0.2‑0.5%，W 0.5‑1.0%，Zr 0.8‑1.0%，Sb 0.6‑0.9%，N 0.1‑0.2%，B 0.2‑0.4%，Mo 0.5‑0.8%，余量为Ti和不可避免的杂质；本发明的钛合金在‑253℃条件下仍具有非常好的强度和塑性；在‑253℃条件下，拉伸强度为1320‑1380MPa，屈服强度为1120‑1195MPa，伸长率为8.5‑10.2%。

Description

一种适用于超低温工作环境的钛合金
技术领域
本发明涉及一种钛合金材料技术领域，尤其涉及一种适用于超低温工作环境的钛合金。
背景技术
钛合金由于其优异的性能，在低温下热传导率低、膨胀系数小、无磁性，所以在航空航天工业、超导行业、船舶航海行业和深海探测等领域作为一种重要的低温工程材料来使用。低温下使用的结构件要求在保持定强度的同时，还要求有良好的塑性、低的热导率和优良的加工性能。随着空间技术和超导技术的迅速发展、南北极科考工作等的蓬勃开展，钛合金在低温和极低温环境的应用逐渐增多。目前所普遍采用的制备工艺所生产出的钛合金只能在-195℃以上的温度下胜任工作，中国发明专利CB103031451A公开了一种适用于超低温条件下的钛合金，但是该合金加入了大量成本非常好的金属钒，不利于推广应用
因此，有必要研发一种既可以取代金属钒，降低成本，同时也可以适用于超低温工作环境的钛合金。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种适用于-253℃超低温工作环境的钛合金。
本发明的技术方案如下：
一种适用于超低温工作环境的钛合金，包括以下重量百分比的成分：Al 2.5-3.5%，Fe0.2-0.5%，W 0.5-1.0%，Zr 0.8-1.0%，Sb 0.6-0.9%，N 0.1-0.2%，B 0.2-0.4%，Mo 0.5-0.8%，余量为Ti和不可避免的杂质。
优选的，所述的适用于超低温工作环境的钛合金，包括以下重量百分比的成分：Al2.8%，Fe 0.4%，W 0.8%，Zr 0.8%, Sb 0.7%，N 0.15%，B 0.3%，Mo 0.6%，余量为Ti和不可避免的杂质。
优选的，所述的适用于超低温工作环境的钛合金，包括以下重量百分比的成分：Al3.5%，Fe 0.2%，W 0.5%，Zr 0.8%，Sb 0.6%，N 0.1%，B 0.2%，Mo 0.5%，余量为Ti和不可避免的杂质。
优选的，所述的适用于超低温工作环境的钛合金，包括以下重量百分比的成分：Al2.5%，Fe 0.5%，W 1.0%，Zr 1.0%，Sb 0.9%，N 0.2%，B 0.4%，Mo 0.8%，余量为Ti和不可避免的杂质。
优选的，所述的适用于超低温工作环境的钛合金，包括以下重量百分比的成分：Al3.2%，Fe 0.3%，W 1.0%，Zr 0.8%，Sb 0.9%，N 0.15%，B 0.4%，Mo 0.5%，余量为Ti和不可避免的杂质。
优选的，所述的适用于超低温工作环境的钛合金，包括以下重量百分比的成分：Al2.7%，Fe 0.4%，W 0.8%，Zr 0.9%，Sb 0.8%，N 0.2%，B 0.3%，Mo 0.7%，余量为Ti和不可避免的杂质。
本发明的适用于超低温工作环境的钛合金的制备方法，包括以下步骤：
A、分别按配方称取纯度在99.7%以上的各元素粉末、高纯铝锭和海绵钛；
B、将各原料用真空自耗电极电弧熔炼法熔炼得到超低温钛合金铸锭；
C、在950-980℃的高温下保温处理2-3h，然后在720-750℃条件下保温处理2-3h，自然冷却即可。
本发明的有益之处在于：
1、本发明的钛合金在-253温度条件下，仍具有非常好的强度和塑性；
2、本发明的钛合金由于加入了B元素，并调节各添加元素的比例，形成了金属硼化物，得到的钛合金的晶粒直径小于10μm，故在-253℃条件下，拉伸强度为1320-1380MPa，屈服强度为1120-1195MPa，伸长率为8.5-10.2%；
3、本发明的钛合金制备方法简单，原料中不加入金属钒，是一种成本低、适用于超低温工作环境的钛合金新材料，市场前景广阔。
附图说明
图1：实施例1制备的钛合金在-253℃条件下冷冻105h后放大的表面形貌。
具体实施方式
一种适用于超低温工作环境的钛合金的制备方法，包括以下步骤：
A、分别按配方称取纯度在99.7%以上的各元素粉末、高纯铝锭和海绵钛；
B、将各原料用真空自耗电极电弧熔炼法熔炼得到超低温钛合金铸锭；
C、在950-980℃的高温下保温处理2-3h，然后在720-750℃条件下保温处理2-3h，自然冷却即可。
实施例1：
一种适用于超低温工作环境的钛合金，包括以下重量百分比的成分：Al 2.8%，Fe0.4%，W 0.8%，Zr 0.8%, Sb 0.7%，N 0.15%，B 0.3%，Mo 0.6%，余量为Ti和不可避免的杂质。
实施例2：
一种适用于超低温工作环境的钛合金，包括以下重量百分比的成分：Al 3.5%，Fe0.2%，W 0.5%，Zr 0.8%，Sb 0.6%，N 0.1%，B 0.2%，Mo 0.5%，余量为Ti和不可避免的杂质。
实施例3：
一种适用于超低温工作环境的钛合金，包括以下重量百分比的成分：Al 2.5%，Fe0.5%，W 1.0%，Zr 1.0%，Sb 0.9%，N 0.2%，B 0.4%，Mo 0.8%，余量为Ti和不可避免的杂质。
实施例4：
一种适用于超低温工作环境的钛合金，包括以下重量百分比的成分：Al 3.2%，Fe0.3%，W 1.0%，Zr 0.8%，Sb 0.9%，N 0.15%，B 0.4%，Mo 0.5%，余量为Ti和不可避免的杂质。
实施例5：
一种适用于超低温工作环境的钛合金，包括以下重量百分比的成分：Al 2.7%，Fe0.4%，W 0.8%，Zr 0.9%，Sb 0.8%，N 0.2%，B 0.3%，Mo 0.7%，余量为Ti和不可避免的杂质。
以下为-253℃冷冻温度下，实施例1-5制备的钛合金的物性：
此检测数据只针对上述检测样品。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于超低温工作环境的钛合金，其特征在于，包括以下重量百分比的成分：Al2.5-3.5%，Fe 0.2-0.5%，W 0.5-1.0%，Zr 0.8-1.0%，Sb 0.6-0.9%，N 0.1-0.2%，B 0.2-0.4%，Mo 0.5-0.8%，余量为Ti和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的适用于超低温工作环境的钛合金，其特征在于，包括以下重量百分比的成分：Al 2.8%，Fe 0.4%，W 0.8%，Zr 0.8%, Sb 0.7%，N 0.15%，B 0.3%，Mo 0.6%，余量为Ti和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的适用于超低温工作环境的钛合金，其特征在于，包括以下重量百分比的成分：Al 3.5%，Fe 0.2%，W 0.5%，Zr 0.8%，Sb 0.6%，N 0.1%，B 0.2%，Mo 0.5%，余量为Ti和不可避免的杂质。
4.如权利要求1所述的适用于超低温工作环境的钛合金，其特征在于，包括以下重量百分比的成分：Al 2.5%，Fe 0.5%，W 1.0%，Zr 1.0%，Sb 0.9%，N 0.2%，B 0.4%，Mo 0.8%，余量为Ti和不可避免的杂质。
5.如权利要求1所述的适用于超低温工作环境的钛合金，其特征在于，包括以下重量百分比的成分：Al 3.2%，Fe 0.3%，W 1.0%，Zr 0.8%，Sb 0.9%，N 0.15%，B 0.4%，Mo 0.5%，余量为Ti和不可避免的杂质。
6.如权利要求1所述的适用于超低温工作环境的钛合金，其特征在于，包括以下重量百分比的成分：Al 2.7%，Fe 0.4%，W 0.8%，Zr 0.9%，Sb 0.8%，N 0.2%，B 0.3%，Mo 0.7%，余量为Ti和不可避免的杂质。
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