[發(fā)明專利]含納米晶體的鈦合金及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201180056027.7
• 申請日: 2011-11-22
• 公開（公告）號: CN103210101A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李尚學(xué);小野芳樹;松本洋明;千葉晶彥
• 申請（專利權(quán)）人: 日本發(fā)條株式會(huì)社;國立大學(xué)法人東北大學(xué)
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22F1/18;C22F1/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 龐立志;孟慧嵐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度Ti合金及其制造方法，特別涉及通過熱加工而具有納米晶體的具備高強(qiáng)度和高疲勞強(qiáng)度的Ti合金及其制造方法。

背景技術(shù)

以往，在重視高強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的懸架彈簧、發(fā)動(dòng)機(jī)用閥彈簧中，主要使用用作汽車用部件的Ti合金中通常分類為β型的β型Ti合金，該β型Ti合金的冷加工性優(yōu)異，通過熱處理能比較簡單地得到高強(qiáng)度。β型Ti合金是指具有如下組成的合金：該組成被分類為在室溫下成為亞穩(wěn)β相后能時(shí)效硬化的Ti合金。然而，β型Ti合金通常是通過固溶處理使高溫下穩(wěn)定的β相在室溫下達(dá)到亞穩(wěn)態(tài)，因此需要含有大量的作為高價(jià)格元素的V、Mo和Cr等β穩(wěn)定化元素。因此，作為低廉材料且具有同等強(qiáng)度的Ti合金部件的需求越來越高。

此外，β型Ti合金雖然通過α相析出時(shí)效處理等熱處理來提高強(qiáng)度，但在機(jī)構(gòu)部件的實(shí)際應(yīng)用中，重要的是疲勞強(qiáng)度。然而，認(rèn)為β型Ti合金的破壞是從析出的α相粒子內(nèi)或α相和β相的邊界發(fā)生龜裂而引起的，任何一種龜裂的發(fā)生原因也在于α相和β相的彈性應(yīng)變差等。因此，對于β型Ti合金之類的從β基體相通過時(shí)效處理使α相析出來進(jìn)行強(qiáng)化的結(jié)構(gòu)，即使靜態(tài)強(qiáng)度優(yōu)異，在疲勞強(qiáng)度的提高方面也存在制約。基于這樣的事實(shí)，迫切希望高價(jià)的β相穩(wěn)定化元素量少、并且容易變形強(qiáng)度低的β相少的近α型或α＋β型Ti合金除了疲勞強(qiáng)度外，在成本方面也能應(yīng)用于汽車部件。

另一方面，例如專利文獻(xiàn)1所示，代表性的分類為α＋β型的Ti?6Al?4V(質(zhì)量％)合金的強(qiáng)度、延展性和韌性等機(jī)械性質(zhì)的平衡性良好，因此顯示出高普及率，占Ti合金總生產(chǎn)量的約70％。因此，Ti?6Al?4V合金具有價(jià)格低廉、成分和原材料強(qiáng)度的偏差少等優(yōu)點(diǎn)。

這種Ti?6Al?4V合金的特性和強(qiáng)度主要受到組織形態(tài)的影響，即，α相的形狀是否是等軸晶組織、針狀晶組織或它們的混合(雙態(tài))組織。一般來說，等軸晶組織例如通過在β轉(zhuǎn)變點(diǎn)－50℃以下的溫度區(qū)域進(jìn)行加工而形成，強(qiáng)度、伸長率、疲勞龜裂的發(fā)生抵抗性和塑性加工性優(yōu)異。針狀晶組織例如通過在β轉(zhuǎn)變點(diǎn)＋50℃以上的溫度區(qū)域進(jìn)行加工而形成，蠕變抵抗性、破壞韌性和對龜裂的傳播的抵抗性優(yōu)異。此外，混合(雙態(tài))組織例如通過在比β轉(zhuǎn)變點(diǎn)略低一些的溫度下進(jìn)行固溶處理后在550℃附近的溫度區(qū)域進(jìn)行時(shí)效處理而形成，具有等軸晶組織和針狀晶組織各自的長處。

然而，上述Ti?6Al?4V合金難以具備超越上述β型Ti合金的靜態(tài)強(qiáng)度的特性，大多數(shù)情況下，通過控制微米尺寸的組織和組織形態(tài)來控制力學(xué)特性和功能特性。然而，近年來，人們進(jìn)行了使用ECAP(等通道轉(zhuǎn)角擠壓(Equal?Channel?Angular?Pressing))法、例如堀田等〔材料第37卷第9號(1998),767?774〕、專利文獻(xiàn)2中記載的ARB(累積疊軋焊(Accumulative?Roll?Bonding))法等強(qiáng)加工法將金屬材料的微細(xì)組織控制在納米尺度的嘗試，發(fā)現(xiàn)利用具備納米組織的金屬，能獲得現(xiàn)有的金屬材料所無法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)異的力學(xué)特性。

然而，ECAP法是將被加工金屬構(gòu)件壓入到在入口和出口之間有一處彎曲的通道狀擠出通路中，使其反復(fù)通過，從而對被加工金屬構(gòu)件施加大量的剪切應(yīng)變的方法。這種剪切變形加工法中，供給的被加工材料的長度存在制約，因此被加工材料的長尺寸化和裝置的大型化在原理上是困難的。

此外，ARB法具有能將經(jīng)軋制的板材重疊起來反復(fù)進(jìn)行多次軋制、從而進(jìn)行板材的加工極限值以上的加工的優(yōu)點(diǎn)，但其應(yīng)用僅限于板材，在實(shí)際應(yīng)用上要應(yīng)用于具有復(fù)雜形狀的機(jī)構(gòu)部件是困難的。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利第3789852號公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本專利第2961263號公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的課題

如上所述，為了通過強(qiáng)加工法實(shí)現(xiàn)被加工金屬構(gòu)件組織的納米尺度化，需要施加很大的應(yīng)變。然而，因?yàn)橥ㄟ^施加應(yīng)變的加工只能制造簡單形狀的產(chǎn)品，所以在制造適合于實(shí)際應(yīng)用的機(jī)械部件方面存在制約。此外，通過這些強(qiáng)加工法制成的被加工材料的晶體內(nèi)部的應(yīng)變密度高，因此即使形成納米尺度的晶體，其組織也脆弱，與拉伸強(qiáng)度相比，疲勞強(qiáng)度的提高率低。由于以上原因，要實(shí)現(xiàn)納米尺度的組織的實(shí)用化，必需能通過更簡單的加工法來制造，并且需要減小應(yīng)變密度，在實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高疲勞強(qiáng)度化。