CN117210718A - 一种α型钛合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种α型钛合金，通过控制Al、Zr和Sn的含量提高制备的α型钛合金的断裂韧性和抗热蠕变能力，通过添加一定量的Si提高室温强度，并进一步提高抗热蠕变能力，添加一定量的C和Cr提高制备的α型钛合金的高温拉伸性能。本发明提供的方法，工艺简单，成本较低，可以实现低成本、高性能、少加工量的良好匹配。并且本发明实施例1～4制备的α型钛合金在600℃下，弹性模量为124～132GPa，抗拉强度为867～881MPa，屈服强度为743～762MPa，延伸率为22％～24.0％，断面收缩为47％～51％，高温拉伸性能、断裂韧性与抗热蠕变能力优异。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金材料技术领域，尤其涉及一种α型钛合金及其制备方法。
背景技术
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高，二者具有高比强度、塑韧性好、耐腐蚀及可焊接等优良性能，作为航空航天材料具有突出的减重效果，例如航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金。其中，α型钛合金的室温强度一般低于β型和α+β型钛合金(但高于工业纯钛)，而在高温(500℃、600℃)下的强度和蜕变，强度却是三类钛合金中最高的，且组织稳定，抗氧化性和焊接性能好，耐蚀性和可切削加工性能也较好，但塑性低(热塑性仍然良好)室温冲压性能差。随着航空航天技术的发展，对新型、更高性能的钛合金材料有了更高的要求，具有更好的高温拉伸性能、断裂韧性与抗热蠕变能力的α型钛合金极具研究意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种α型钛合金及其制备方法，本发明提供的α型钛合金，高温拉伸性能、断裂韧性与抗热蠕变能力优异。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种α型钛合金，以质量百分含量计，所述α型钛合金由以下成分组成：Al 6.5％～11.0％，Zr 1.3％～1.8％，Sn 1.5％～2.8％，Cr 2.2％～4.5％，Si 0.2％～0.3％，C 0.03％～0.05％，余量为Ti及不可避免的杂质元素。
优选地，以质量百分含量计，所述α型钛合金由以下成分组成：Al7％～10.6％，Zr1.5％～1.7％，Sn 1.8％～2.5％，Cr 2.8％～4.1％，Si 0.24％～0.28％，C 0.035％～0.048％，余量为Ti及不可避免的杂质元素。
优选地，所述杂质元素为N、H，所述α型钛合金中杂质元素的质量百分含量为：N≤0.05％，H≤0.01％。
本发明还提供了上述技术所述α型钛合金的制备方法，包括以下步骤；
(1)按所述α型钛合金的化学组成进行配料，得到钛合金原料；
将所述钛合金原料依次进行熔炼和铸锭，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭依次进行开坯和第一锻造，得到板坯；
(3)将所述步骤(2)得到的板坯依次进行扒皮修磨、热轧和真空退火处理，得到α型钛合金。
优选地，所述步骤(1)中熔炼的方式为真空自耗电弧熔炼。
优选地，所述步骤(2)中开坯和锻造的温度独立地为950～1050℃。
优选地，所述步骤(3)中热轧的温度为890～960℃。
优选地，所述步骤(3)中真空退火的温度为800～950℃，所述真空退火的时间为1～4h。
本发明提供了一种α型钛合金，以质量百分含量计，所述α型钛合金由以下成分组成：Al 6.5％～11.0％，Zr 1.3％～1.8％，Sn 1.5％～2.8％，Cr 2.2％～4.5％，Si 0.2％～0.3％，C 0.03％～0.05％，余量为Ti及不可避免的杂质元素。本发明通过控制Al、Zr和Sn的含量提高制备的α型钛合金的断裂韧性和抗热蠕变能力，通过添加一定量的Si提高室温强度，并进一步提高抗热蠕变能力，添加一定量的C和Cr提高制备的α型钛合金的高温拉伸性能。本发明提供的方法，工艺简单，成本较低，可以实现低成本、高性能、少加工量的良好匹配。实施例的结果显示，本发明实施例1～4制备的α型钛合金在600℃下，弹性模量为124～132GPa，抗拉强度为867～881MPa，屈服强度为743～762MPa，延伸率为22％～24.0％，断面收缩为47％～51％，高温拉伸性能、断裂韧性与抗热蠕变能力优异。
具体实施方式
本发明提供了一种α型钛合金，以质量百分含量计，所述α型钛合金由以下成分组成：Al 6.5％～11.0％，Zr 1.3％～1.8％，Sn 1.5％～2.8％，Cr 2.2％～4.5％，Si 0.2％～0.3％，C 0.03％～0.05％，余量为Ti及不可避免的杂质元素。
在本发明中，若无特殊说明，所采用的原料均为本领域常规市售产品。
在本发明中，以质量百分含量计，所述α型钛合金优选由以下成分组成：Al 7％～10.6％，Zr 1.5％～1.7％，Sn 1.8％～2.5％，Cr 2.8％～4.1％，Si 0.24％～0.28％，C0.035％～0.048％，余量为Ti及不可避免的杂质元素。本发明通过控制Al、Zr和Sn的含量提高制备的α型钛合金的断裂韧性和抗热蠕变能力，通过添加一定量的Si提高室温强度，并进一步提高抗热蠕变能力，添加一定量的C和Cr提高制备的α型钛合金的高温拉伸性能。
在本发明中，所述杂质元素为N、H，所述α型钛合金中杂质元素的质量百分含量优选为：N≤0.05％，H≤0.01％。本发明控制杂质元素的质量含量在上述范围，以避免二者降低α型钛合金的综合性能。
本发明还提供了上述技术所述α型钛合金的制备方法，包括以下步骤；
(1)按所述α型钛合金的化学组成进行配料，得到钛合金原料；
将所述钛合金原料依次进行熔炼和铸锭，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭依次进行开坯和第一锻造，得到板坯；
(3)将所述步骤(2)得到的板坯依次进行扒皮修磨、热轧和真空退火处理，得到α型钛合金。
本发明按所述α型钛合金的化学组成进行配料，得到钛合金原料。
在本发明中，以质量百分含量计，所述α型钛合金由以下成分组成：Al6.5％～11.0％，Zr 1.3％～1.8％，Sn 1.5％～2.8％，Cr 2.2％～4.5％，Si 0.2％～0.3％，C0.03％～0.05％，余量为Ti及不可避免的杂质元素，优选由以下成分组成：Al 7％～10.6％，Zr 1.5％～1.7％，Sn 1.8％～2.5％，Cr 2.8％～4.1％，Si 0.24％～0.28％，C0.035％～0.048％，余量为Ti及不可避免的杂质元素。
得到钛合金原料后，本发明将所述钛合金原料依次进行熔炼和铸锭，得到合金铸锭。
在本发明中，所述熔炼的方式为真空自耗电弧熔炼。本发明对熔炼的温度和时间没有特殊的限制，实现各组分充分熔融混合均匀即可。本发明对所述铸锭的方式没有特殊的限制，采用本领域常用的技术方案即可。
得到合金铸锭后，本发明将所述合金铸锭依次进行开坯和第一锻造，得到板坯。
在本发明中，所述开坯和锻造的温度独立地优选为950～1050℃，更优选为960～1040℃。本发明控制开坯和锻造的温度，以提高制备的α型钛合金的高温性能。
得到板坯后，本发明将所述板坯依次进行扒皮修磨、热轧和真空退火处理，得到α型钛合金。
本发明对所述扒皮修磨的方式没有特殊的限制，采用本领域常用的技术方案即可。
在本发明中，所述热轧的温度优选为890～960℃，更优选为900～940℃。本发明控制热轧的温度在上述范围，以提高制备的α型钛合金的高温拉伸性能和抗热蠕变能力。
在本发明中，所述真空退火的温度优选为800～950℃，更优选为850～930℃。在本发明中，所述真空退火的时间优选为1～4h，更优选为2～3h。本发明控制真空退火的温度在上述范围，以提高制备的α型钛合金的断裂韧性和抗热蠕变能力。
本发明提供的α型钛合金的制备方法操作简单，适宜规模化生产。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
α型钛合金，以质量百分含量计，由以下成分组成：Al 7％，Zr 1.7％，Sn 2.0％，Cr2.8％，Si 0.24％，C 0.048％，余量为Ti及不可避免的杂质元素。
所述α型钛合金的制备方法，步骤为：
(1)按所述α型钛合金的化学组成进行配料，得到钛合金原料；
将所述钛合金原料依次进行真空自耗电弧熔炼和铸锭，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭在960℃进行开坯，然后在1040℃第一锻造，得到板坯；
(3)将所述步骤(2)得到的板坯进行扒皮修磨，然后在930℃热轧，之后在900℃进行真空退火处理2h，得到α型钛合金。
实施例2
按照实施例1的方法制备α型钛合金，与实施例1不同的是以质量百分含量计，所述α型钛合金由以下成分组成：Al 8％，Zr 1.7％，Sn 2.5％，Cr 3.0％，Si 0.28％，C0.048％，余量为Ti及不可避免的杂质元素。
实施例3
按照实施例1的方法制备α型钛合金，与实施例1不同的是以质量百分含量计，所述α型钛合金由以下成分组成：Al 9％，Zr 1.7％，Sn 1.8％，Cr 3.0％，Si 0.28％，C0.048％，余量为Ti及不可避免的杂质元素。
实施例4
按照实施例1的方法制备α型钛合金，与实施例1不同的是以质量百分含量计，所述α型钛合金由以下成分组成：Al 10％，Zr 1.8％，Sn 2.5％，Cr 3.0％，Si 0.28％，C0.048％，余量为Ti及不可避免的杂质元素。
按国标GB/T228.1～2010制成拉伸试样，进行室温和高温下的综合力学性能测试，结果如表1所示。
表1实施例1～4制备的α型钛合金的性能测试结果统计
综上可知，本发明实施例1～4制备的α型钛合金在600℃下，弹性模量为124～132GPa，抗拉强度为867～881MPa，屈服强度为743～762MPa，延伸率为22％～24.0％，断面收缩为47％～51％，高温拉伸性能、断裂韧性与抗热蠕变能力优异。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种α型钛合金，其特征在于，以质量百分含量计，所述α型钛合金由以下成分组成：Al 6.5％～11.0％，Zr 1.3％～1.8％，Sn 1.5％～2.8％，Cr2.2％～4.5％，Si 0.2％～0.3％，C 0.03％～0.05％，余量为Ti及不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的α型钛合金，其特征在于，以质量百分含量计，所述α型钛合金由以下成分组成：Al 7％～10.6％，Zr 1.5％～1.7％，Sn1.8％～2.5％，Cr 2.8％～4.1％，Si 0.24％～0.28％，C 0.035％～0.048％，余量为Ti及不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的α型钛合金，其特征在于，所述杂质元素为N、H，所述α型钛合金中杂质元素的质量百分含量为：N≤0.05％，H≤0.01％。
4.权利要求1～3任一项所述α型钛合金的制备方法，包括以下步骤；
(1)按所述α型钛合金的化学组成进行配料，得到钛合金原料；
将所述钛合金原料依次进行熔炼和铸锭，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭依次进行开坯和第一锻造，得到板坯；
(3)将所述步骤(2)得到的板坯依次进行扒皮修磨、热轧和真空退火处理，得到α型钛合金。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中熔炼的方式为真空自耗电弧熔炼。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中开坯和锻造的温度独立地为950～1050℃。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中热轧的温度为890～960℃。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中真空退火的温度为800～950℃，所述真空退火的时间为1～4h。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |