[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 |
| 地址: | 日本神奈*** | 國省代碼: | 日本;JP |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 納米 晶體 鈦合金 及其 制造 方法 | ||
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。
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