[發明專利]含Cr和Mn元素的鈦合金及其制備方法

無效

• 申請號: 201410125421.7
• 申請日: 2014-03-31
• 公開（公告）號: CN104073684A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 李重河;賀進;魯雄剛;江濤;朱凱亮;張捷宇;汪宏斌
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/02;C22F1/18
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種鈦合金及其制備工藝，特別是涉及一種α型鈦合金及其制備工藝，應用于輕量化、高比強度、耐高溫和耐腐蝕特種金屬材料技術領域。?

背景技術

鈦作為一種金屬材料，雖然比銅、鐵、鋁出現的晚些，但其具有密度小、比強度高、耐高溫、耐腐蝕、無磁以及良好的生物相容性等優異的綜合性能。此外，鈦在自然界分布很廣，鈦在地殼中的豐度為8.6?g/kg，在所有元素中排第九位，在金屬元素中僅次于鋁、鐵和鎂，居第四位，比常見的銅、鉛、鋅金屬儲量的總和還多，可以說是資源豐富，開發利用前景廣闊。?

鈦合金按退火后的組織特點可以分為α、(α＋β)和β型鈦合金三大類，其中，α型鈦合金密度小，可熱處理強化，有良好的熱強性和熱穩定性以及優異的室溫、超低溫和高溫特性，同時焊接性能好，因此而得到了廣泛的應用。?

國內鈦合金研發方面，一直重視新型鈦合金的研制，之前重點是仿制，目前以創新研制為主。經過長期實踐，將強度和韌性一同考慮在內的損傷容限設計成為鈦及鈦合金材料應用時備受關注的問題。制備出強度更高、韌性更好的鈦合金材料是不斷追求的目標。在諸多改善和提高鈦合金強韌化的技術手段中合金化是最根本的手段，也是開發新型鈦合金的重要方法。然而目前α鈦合金的合金化元素的選擇卻一直局限于少數幾種元素，如Sn、Mo、Zr、V、等，對于新型合金元素的嘗試較少，現有的α鈦合金比強度和耐腐蝕性還不夠理想，現有的α鈦合金大部分標號合金產品制備成本較高，因此不斷嘗試不同種類的合金元素，進而研究其對鈦合金的組織和性能的影響規律，是新型α鈦合金研制方面需要著重解決的問題。?

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種含Cr和Mn元素的鈦合金及其制備方法，尤其是本發明含Cr和Mn元素的α型鈦合金力學性能好，特別是比強度高，合金化采用的金屬材料成本較低，產業化價值顯著，具有很好的應用前景。?

為達到上述發明創造目的，本發明采用下述技術方案：?

一種含Cr和Mn元素的鈦合金，按照合金元素組分質量百分比，鈦合金的主要元素組分為5.0~7.0wt%的鋁、2.0~4.0wt%的鉻、0.5~1.5wt%的錳、0~0.08wt%的氧、0~0.01wt%的碳、0~0.01wt%的氮和0~0.001wt%的氫，余量為鈦，鈦合金為具有α型退火組織的合金。

本發明含Cr和Mn元素的鈦合金的制備方法，首先將海綿鈦、含鋁金屬、純鉻、純錳四種原料配料形成混合原料，然后將混合原料進行反復熔煉，得到含鈦合金熔體，完成熔煉后，鈦合金熔體經凝固制成鈦合金鑄錠，再對鈦合金鑄錠進行壓力加工成型，制成鈦合金坯材，再將鈦合金坯材經過退火處理后，最終得到按照合金元素組分質量含量的包含5.0~7.0wt%的鋁、2.0~4.0wt%的鉻、0.5~1.5wt%的錳、0~0.08wt%的氧、0~0.01wt%的碳、0~0.01wt%的氮和0~0.001wt%的氫的鈦合金型材產品。?

作為上述鈦合金的制備方法的一種優選的技術方案，采用純鋁作為含鋁金屬，將混合原料進行保溫預處理，然后將混合原料置于分瓣式水冷銅坩堝中，反復熔煉至少2次，再經凝固制成鈦合金鑄錠，對鈦合金鑄錠進行軋制，制成厚度為6~7mm的鈦合金板坯，再將鈦合金板坯經過退火處理后，最終得到鈦合金板材產品。進一步優選將混合原料置于分瓣式水冷銅坩堝中，反復熔煉至少4次。再進一步優選將混合原料進行保溫預處理時，控制保溫溫度為150℃，控制保溫時間為12小時；對鈦合金鑄錠進行軋制時，將鈦合金鑄錠加熱到770℃，并將鈦合金鑄錠在橫列式軋機上軋制成鈦合金坯材。?

作為上述鈦合金的制備方法的另一種優選的技術方案，采用鈦鋁中間合金作為含鋁金屬，將混合原料制成真空自耗電極，通電后，依靠電弧的熱量將電極熔化，再經凝固制成圓形的鈦合金鑄錠，對鈦合金鑄錠進行鍛造，制成鈦合金棒坯，再將鈦合金棒坯進行軋制得到鈦合金棒材，然后將鈦合金棒材經過退火處理后，最終得到鈦合金棒材產品。在凝固制成圓形的鈦合金鑄錠后，優選再將鈦合金鑄錠加熱到1050℃開坯鍛造成φ45mm的軋制鈦合金棒坯，然后將鈦合金棒坯加熱到750℃，再在橫列式軋機上軋制成φ20mm的鈦合金棒材。在制備電極時，優選采用擠壓法將混合原料壓制成電極塊，并將電極塊進行連接形成一體作為真空自耗電極。進一步優選在真空-充氬箱內用電弧焊將電極塊焊接在一起制成真空自耗電極。?