CN110295302A - 新型650℃高温高强可焊接钛合金 - Google Patents

Abstract

提供一种新型650℃高温高强可焊接钛合金，通过适当的成分调整，让Al元素含量超过6％，在近alpha钛合金固溶体基体内形成耐高温热强相a₂相，同时添加高温强化Si元素，使该钛合金满足本发明耐高温性能要求。此外，本发明添加Zr元素，使该型钛合金具有良好的冷热加工工艺性能，可成型锻件、宽幅厚板及超薄板材等；铸造工艺性能优，工艺适用性好，可成型复杂精密结构铸件；同时焊接工艺性能优良，可采用电子束焊、激光焊、手工TIG焊等方法焊接，锻件/板材/铸件材料可焊接，具有良好的塑韧性和优异的耐海水腐蚀性能。

Description

新型650℃高温高强可焊接钛合金

技术领域

本发明属钛合金材料技术领域，具体涉及一种新型650℃高温高强可焊接钛合金。

背景技术

钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀、无磁等优异的性能，特别是在海水和酸性烃类化合物中具有良好的耐蚀性，是船舶与海洋工程、航空航天领域应用的优选材料。因此，被誉为“海洋金属”和“太空金属”。中国专利CN201510194204.8公开了一种适用于650℃的高温钛合金，其重量百分比组成为：5％～7％的Al、4％～6％的Sn、9％～12％的Zr、0.7％～1.0％Mo、0.1％～0.3％Si、1％～2％Nb、1％～2％W、0.1％～0.5％Y、0.3％～0.8％B，余量为Ti。650℃高温拉伸性能为：抗拉强度R_m为553MPa～572MPa，屈服强度Rp_0.2为431.0MPa～460MPa，伸长率A为6.0％～8.4％。该型钛合金由于含有多元合金元素强化，含有降低其成型加工工艺性能的热强相，冷热加工工艺性能较差，因此需采用等温锻造进行材料成型加工，材料品种只有锻件，无法满足其他钛合金应用背景材料品种和材料性能技术指标要求；中国专利CN106801164A，公开了一种650℃及以上短时应用高温高强钛合金及其制备方法，该型钛合金重量百分比组成为：Al：6.3～7.5％，Sn：1.5～3.5％，Zr：4～5％，Mo：0.8～1.5％，Nb：4.5～7％，W：2～4％，且Nb+W为6.5～10％，Si：0.2～0.5％，余量为Ti，其采用真空自耗电弧炉熔炼成Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-W-Si铸锭，热轧得到棒材。该发明通过添加Al、Sn、Zr、Mo、Nb、W、Si热强元素，形成热强α₂相和Si化物相进行强化，特别是高添加量W元素，可以提高其高温强度和持久性能。但由于含有较高含量Sn和W元素，合金熔炼铸造时易产生偏析，熔炼和铸造工艺性能差，冷加工工艺性能差，无法进行大型薄壁铸件铸造和2mm以下超薄板材冷，所以该型钛合金材料品种只有棒材和3mm以上厚度板材。上述两项发明专利，虽然都是适用于650℃的高温钛合金，但其均匀塑性变形能力差，塑性加工成形较困难，尺寸精度难以控制，因此有必要提出改进。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种新型650℃高温高强可焊接钛合金，通过适当的成分调整，让Al元素含量超过6％，在近alpha钛合金固溶体基体内形成耐高温热强相a₂相，同时添加高温强化Si元素，使该钛合金满足本发明耐高温性能要求。此外，本发明添加Zr元素，使该型钛合金具有良好的冷热加工工艺性能，可成型锻件、宽幅厚板及超薄板材等；铸造工艺性能优，工艺适用性好，可成型复杂精密结构铸件；同时焊接工艺性能优良，可采用电子束焊、激光焊、手工TIG焊等方法焊接，锻件/板材/铸件材料可焊接，具有良好的塑韧性和优异的耐海水腐蚀性能。

本发明采用的技术方案；新型650℃高温高强可焊接钛合金，按重量百分含量计，该钛合金化学成分为：Al：6.5％-7.5％，Mo：1.5％-2.5％，V：1.5％-2.5％，Zr：1.5％-2.5％，Si：0～0.5％，余量为Ti和其他微量杂质元素。

优选地，按重量百分含量计，该钛合金化学成分为：Al：7％，Mo：2％，V：2％，Zr：2％，Si：0.4％，余量为Ti和其他微量杂质元素。

优选地，按重量百分含量计，该钛合金化学成分为：Al：6.8％，Mo：1.8％，V：1.8％，Zr：2％，Si：0％，余量为Ti和其他微量杂质元素。

优选地，按重量百分含量计，该钛合金化学成分为：Al：7.5％，Mo：2.5％，V：2.5％，Zr：2.5％，Si：0.25％，余量为Ti和其他微量杂质元素。

本发明与现有技术相比的有益效果：

1、后续可加工成型的材料品种：板材、锻件、铸件和焊接构件；

2、板材、锻件性能指标：室温拉伸性能：R_m≥980MPa，Rp_0.2≥900MPa，A≥9％。650℃高温拉伸性能：R_m≥400MPa，A≥12％；700℃高温拉伸性能：R_m≥300MPa，A≥15％；

3、铸件性能指标：室温拉伸性能：R_m≥825MPa，Rp_0.2≥710MPa，A≥6％，Z≥15％；650℃高温拉伸性能：R_m≥400MPa，A≥12％,Z≥18％；700℃高温拉伸性能：R_m≥225MPa，A≥10％,Z≥20％；

4、可实现1.5mm-40mm板材轧制，锻件锻造，铸件铸造，以及板材/铸件焊接构件的焊接，焊接系数可达0.9，在航空航天、船舶和海洋工程等领域具有良好的技术应用市场前景

具体实施方式

以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。

实施例1：Ti-7Al-2V-2Mo-2Zr-0.4Si钛合金：

按实施例1所列成分称量原料，将7wt.％的铝元素、2wt.％的钒元素、2wt.％的锆元素、2wt.％的钼元素、0.4％的Si元素，和工业1-2级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉2次以上熔炼成合金铸锭。其中，钒、钼元素以Al85V15、Al60Mo40中间合金的形式加入，铝和锆以纯金属铝豆和海绵锆的形式加入，按预先设定的配方，称重配料。采用3500T油压机进行电极压制，再经真空自耗电弧炉熔炼，制备出直径Φ260mm Ti-7Al-2V-2Mo-2Zr-0.4Si钛合金铸锭，其化学成分实测值如表1所示。

经T_β+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件，采用冷热轧机成型为不同厚度的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件；经合适热处理制度处理后，锻件、板材和铸件化学成分和性能分别见表1和表2。

实施例2：Ti-6.8Al-1.8V-1.8Mo-2Zr钛合金

按实施例2所列成分称量原料，将6.8wt.％的铝元素、1.8wt.％的钒元素、1.8wt.％的钼元素、2wt.％的锆元素，和工业1-2级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉2次以上熔炼成合金铸锭。钒、钼元素以Al85V15、Al60Mo40中间合金的形式加入，铝和锆以纯金属铝豆和海绵锆的形式加入，按预先设定的配方，称重配料。

经T_β+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件，采用冷热轧机成型为不同厚度的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件；经合适热处理制度处理后，锻件、板材和铸件化学成分和性能分别见表1和表2。

实施例3：Ti-7.5Al-2.5V-2.5Mo-2.5Zr-0.25Si钛合金

按实施例3所列成分称量原料，将7.5wt.％的铝元素、2.5wt.％的钒元素、2.5wt.％的钼元素、2.5wt.％的锆元素和工业1-2级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三次熔炼成合金铸锭。钒、钼元素以Al85V15、Al60Mo40中间合金的形式加入，铝和锆以纯金属铝豆和海绵锆的形式加入，按预先设定的配方，称重配料。

经T_β+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件。采用冷热轧机成型为不同厚度的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件；经合适热处理制度处理后，锻件、板材和铸件化学成分和性能分别见表1和表2。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (4)

1.新型650℃高温高强可焊接钛合金，其特征在于：按重量百分含量计，该钛合金化学成分为：Al：6.5％-7.5％，Mo：1.5％-2.5％，V：1.5％-2.5％，Zr：1.5％-2.5％，Si：0～0.5％，余量为Ti和其他微量杂质元素。

2.根据权利要求1所述的新型650℃高温高强可焊接钛合金，其特征在于：按重量百分含量计，该钛合金化学成分为：Al：7％，Mo：2％，V：2％，Zr：2％，Si：0.4％，余量为Ti和其他微量杂质元素。

3.根据权利要求1所述的新型650℃高温高强可焊接钛合金，其特征在于：按重量百分含量计，该钛合金化学成分为：Al：6.8％，Mo：1.8％，V：1.8％，Zr：2％，Si：0％，余量为Ti和其他微量杂质元素。

4.根据权利要求1所述的新型650℃高温高强可焊接钛合金，其特征在于：按重量百分含量计，该钛合金化学成分为：Al：7.5％，Mo：2.5％，V：2.5％，Zr：2.5％，Si：0.25％，余量为Ti和其他微量杂质元素。