[發明專利]再熔鈦合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201080064467.2
• 申請日: 2010-12-31
• 公開（公告）號: CN102834537A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: V·V·捷秋金;I·V·萊溫;I·J·普扎科夫;N·J·塔倫科瓦
• 申請（專利權）人: 威森波-阿維斯瑪股份公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/02;C22B9/20
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 孫愛

發明領域

本發明涉及由再熔原料生產具有可控機械性能即斷裂強度（抗張強度）的α-，近α-和α+β鈦合金。這些合金主要用于國防和民用部門用片材、結構部件和結構裝甲的制造。

現有技術

鈦及其合金特別是海綿鈦的高成本是鈦的廣泛應用的主要障礙。即將到來的鈦合金成本效率趨勢在于引入可再循環的廢料，這有助于使再熔合金的成本降低30%以上并同時保持鈦合金固有的主要結構性能。

已知的事實是，與昂貴配料的獲取有關的成本在鈦合金主要成本(prime?cost)中平均高達所有費用的90%。每引入10%廢料有助于使配料成本降低5-8%。當每1噸熔化的鈦坯錠將10%廢料引入配料中時，節省平均100kg海綿體和10kg中間合金（Titanium,V.A.Garmata等,M.,Metallurgy,1983526頁）。

鈦及其合金用于制造類似于由其它商業金屬和合金制成的那些的半成品（片材、帶材、條材、板材、鍛件、棒材等）。因此在鈦合金半成品和成品部件的制造期間產生所有類型的常規廢料（塊料(solids)、鏇屑、片材修整碎料(trimmings)）。鈦合金制造和應用過程中每年產生的廢料總量相當高，等于用于熔化的配料的約70%，該數字隨時間變化不很大。（Melting?and?Casting?of?Titanium?Alloys,A.L.Andreyev,N.F.Anoshkin等,M.,Metallurgy,1994,128-135頁）。不同于大多數金屬，目前在生產中鈦可再循環的廢料的引入有限。

本發明考慮的事實是，鈦合金通常通過將鈦與如下元素合金化來制備（括號中的數值是商業合金中合金化元素的最大重量百分濃度）：Al(8),V(16),Mo(30),Mn(8),Sn(13),Zr(10),Cr(10),Cu(3),Fe(5),W(5),Ni(32),Si(0.5)；與Nb(2)和Ta(5)合金化不太常見。所產生的各種各樣鈦合金和不同的量使得具有可控強度性能的廉價再熔鈦合金的熔煉變得困難，這是因為其通常做法是通過特定合金化元素的窄范圍化學組成來控制鈦合金的性能，包括強度性能。

合金化元素按它們對鈦合金性能的影響分為3組：

-α-穩定劑（Al、O、N及其它），其提高轉變溫度并且擴展基于α-鈦的固溶范圍；

-同晶型的β-穩定劑（Mo,V,Ni,Ta及其它）其降低轉變溫度并且擴展基于β-鈦的固溶范圍；和產生共析體的元素（Cr、Mn、Cu及其它），其傾向于與鈦形成金屬間化合物；

-中性元素（強化劑）(Zr和Sn)，其對β-轉變溫度沒有明顯影響并且不改變鈦合金的相組成。

在具有設計性能的合金熔化期間，這些組的復合作用不僅受所述組本身的定性和定量組成控制，而且受這些組的相互影響控制。

對于復合合金化鈦合金（具有相當多的合金化元素重量百分數范圍），聲稱在具有設計水平的強度、延展性和組織的合金的熔化中技術效果通過合金的定性和定量組成得以確保并且可使用類似組成“自動地”獲得是不正確的。

已知的原型鈦基合金(JP2006034414A，09.02.2006)的特征在于如下化學組成，重量百分數：

鋁?????????????????1-6.0

釩?????????????????0.1-15.0

鉬?????????????????0.1-11.0

鉻?????????????????0.1-7.0

鐵?????????????????0.1-4.0

鎳?????????????????0.1-9.0

鋯?????????????????0.1-10.0

氮、氧、碳????雜質

鈦????????????余量

該合金是復合合金化金屬，其性能受分屬3個組的約7種影響鈦的多晶型的合金化元素的作用控制。該合金中合金化元素的含量為0.1%-15.0%。該原型以及目前已知的合金在熔化過程中缺乏鈦合金化學組成的準確定量控制，這是為什么對于該合金，在所述范圍內量變化非常大的合金化元素的隨意組合導致拉伸、塑性和結構性能的巨大差異(spread)的原因。因此，其實際工程應用限于非關鍵部件并且其特征在于昂貴合金化元素的不合理使用。這成為嚴重缺陷，因為再熔合金中合金化元素的所需含量之比和它們在實際廢料中的存在率發生沖突。這是為什么目前引入到重要合金中的廢料的最大量不超過30%的原因。