[發(fā)明專利]一種Ti?Al?Zr?Mo?V系中強高塑鈦合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410380448.0
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN105316524B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭霜;吉海賓;邱建科;雷家鋒;劉羽寅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22F1/18
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 許宗富,周秀梅

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及鈦合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Ti-Al-Zr-Mo-V系中強高塑鈦合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

鈦合金由于比強度高，耐腐蝕性能好，在航空航天領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用。其中，抗拉強度在700MPa-1000MPa范圍的鈦合金通常被定義為中強鈦合金，它們具備良好的綜合性能，既具有較高的強度，又有足夠的塑性以及優(yōu)良的焊接性能。TC4(Ti-6Al-4V)作為最廣泛應(yīng)用的中強鈦合金，在航空工業(yè)領(lǐng)域主要用于制造發(fā)動機的風(fēng)扇和壓氣機盤及葉片，以及飛機結(jié)構(gòu)中的梁、接頭和隔框等重要承力構(gòu)件。根據(jù)國標GB/T 2965-1996要求，退火狀態(tài)下TC4鈦合金的屈服強度應(yīng)大于825MPa，抗拉強度大于895MPa，延伸率大于10％，斷面收縮率大于25％。從以上數(shù)據(jù)可以看出，TC4合金塑性相對較低，均勻塑性變形能力差，塑性加工成形較困難，尺寸精度難以控制，這些問題在一定程度上限制了TC4鈦合金加工成形，影響其廣泛應(yīng)用。

在諸多改善和提高鈦合金強韌化的技術(shù)方法中合金化無疑是最根本的手段，故希望通過適當?shù)某煞终{(diào)整獲得一種冷成形性優(yōu)異，抗拉強度為800-1000MPa，延伸率優(yōu)于TC4鈦合金的新型鈦合金。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種Ti-Al-Zr-Mo-V系中強高塑鈦合金及其制備方法，該鈦合金抗拉強度為800-1000MPa，延伸率大于18％，實現(xiàn)了強度和塑性的良好匹配，獲得了優(yōu)異的加工性能和冷成形性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種Ti-Al-Zr-Mo-V系中強高塑鈦合金，按重量百分含量計，該鈦合金化學(xué)成分為：Al 3.0～5.0％，Zr 1.0～3.5％，Mo 2.0～4.2％，V 1.0～3.5％，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)元素。

本發(fā)明鈦合金化學(xué)成分中，Zr優(yōu)選為1.0～3.0wt.％，Mo優(yōu)選為2.0～4.0wt.％，V優(yōu)選為1.0～3.0wt.％。

本發(fā)明上述成分范圍內(nèi)的鈦合金采用的制備方法包括如下步驟：

(1)按所需合金成分配料，并制成合金鑄錠；

(2)β相區(qū)開坯鍛造：鍛造溫度為1150℃，三墩三拔，每道次壓下量為50％，鍛后空冷；

(3)α+β兩相區(qū)精鍛：鍛造溫度為β相變點以下30℃，三墩三拔，每道次壓下量為40％，鍛后空冷；

(4)熱處理：熱處理溫度為β相變點以下30～245℃，保溫1h，空冷。

本發(fā)明有益效果如下：

1、本發(fā)明的Ti-Al-Zr-Mo-V系中強高塑鈦合金，與傳統(tǒng)TC4鈦合金相比，降低了Al、V含量，增加了中性元素Zr及β穩(wěn)定元素Mo的含量。一般過渡元素組成的晶體中，d-d交互作用由于軌道能量相近，在變形過程中位錯滑移時，電子很容易發(fā)生轉(zhuǎn)移從而有利于滑移的進行；p-p交互作用由于配位數(shù)較低，方向性較強，出現(xiàn)各向異性，使變形難以均勻變形，易造成脆性，鈦合金中，不同合金元素d-d交互作用與p-p交互作用存在差異，本發(fā)明在傳統(tǒng)TC4鈦合金基礎(chǔ)上添加一定量的Zr元素和Mo元素，并調(diào)整優(yōu)化各元素配比后，材料的塑性顯著增加。

2、本發(fā)明成分范圍內(nèi)的合金室溫拉伸性能達到了抗拉強度為800-1000MPa，延伸率大于18％這一設(shè)計目標，與TC4合金相比，塑性得到了明顯升高，實現(xiàn)了強度和塑性的良好匹配，有利于材料的變形，有效地改善了合金的加工性能和冷成形性。

附圖說明：

圖1為實施例1合金室溫拉伸性能隨熱處理溫度的變化曲線。

圖2為實施例2合金室溫拉伸性能隨熱處理溫度的變化曲線。

圖3為實施例3合金室溫拉伸性能隨熱處理溫度的變化曲線。

圖4為實施例4合金室溫拉伸性能隨熱處理溫度的變化曲線。

圖5為實施例5合金室溫拉伸性能隨熱處理溫度的變化曲線。

圖6為實施例6合金室溫拉伸性能隨熱處理溫度的變化曲線。

圖7為實施例7合金室溫拉伸性能隨熱處理溫度的變化曲線。

圖8為實施例8合金室溫拉伸性能隨熱處理溫度的變化曲線。

圖9為實施例9合金室溫拉伸性能隨熱處理溫度的變化曲線。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的鈦合金作進一步的說明。