[發明專利]一種耐高速沖擊高強高韌鈦合金

在審

• 申請號: 201510971266.5
• 申請日: 2015-12-22
• 公開（公告）號: CN105525141A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 于洋;葉文君;惠松驍;宋曉云;劉睿
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/03;C22F1/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于高強合金制備技術領域，特別涉及一種耐高速沖擊高強高韌鈦合 金。

背景技術

鈦及鈦合金具有密度小、比強度,比剛度高、耐腐蝕、良好的高低溫性能和生 物兼容性等特點，因此作為理想的結構材料和功能材料被大量應用于航空航天、 艦船制造、石油化工、海洋工程、生物醫學和建筑裝飾等領域，且獲得了良好的 經濟和社會效益。在這些領域的應用過程中，鈦合金作為結構材料經常會承受高 速沖擊載荷的作用。需要鈦合金具有優良的動態承載能力，在遭受沖擊時依然能 夠保持其所制成構件結構的完整性和尺寸的穩定性。

Fe加入到鈦合金中，可以加快其時效響應速度，達到時效強度峰值所需時 間也較短。V是鈦合金中常見的同晶型beta穩定元素，在提高合金的強度的同時 可以保持合金具有較好的塑形。FeV合金其價格低廉，作為鈦合金的中間合金可 以顯著的降低鈦的合金成本。Cr與α、β相均溶解，并且存在共析反應。Cr主要 起固溶強化作用，可提高合金的塑性、韌性和淬透性。Cr元素還能夠細化合金的 鑄態顯微組織。Al元素作為α相穩定元素可以提高合金的強度，也可以防止ω 相析出引起的脆性。

Ti‐1023合金是由美國Timet公司于1971年研制開發，并于1972年申請專利， 其專利號：US3802877A，名義成分為Ti‐10V‐2Fe‐3Al，是迄今為止應用最為廣泛 的一種高強高韌近β型鈦合金。Ti‐1023合金經熱處理強化其抗拉強度可達到 965～1310MPa，斷裂韌性可達到35～90MPa·m^1/2，有較好的強度、塑性和韌性匹 配關系。Ti‐1023合金含有2％Fe元素，在熔煉時易因成分偏析產生“β斑”，使合 金組織不均勻，降低塑性及疲勞性能。另外，Ti‐1023合金的力學性能對顯微組 織及其熱處理極為敏感，時效溫度低于500℃時，極易產生脆性ω相而使合金的 塑性急劇下降。

BT22合金是前蘇聯航空材料研究院于20世紀70年代研制開發的一種高合金 化、高強度近β型鈦合金，名義成分為Ti‐5Al‐5Mo‐5V‐1Cr‐1Fe。BT22合金在退火 狀態下，強度可達到1080MPa，經熱處理強化該合金強度可達到1100～1300MPa， 但很難進一步提高其強度。與Ti‐1023合金相比，VT22合金Fe和V元素含量減 少，通過添加Mo和Cr元素來提高合金淬透性，穩定β相。

VST5553合金是俄羅斯以VT22合金為基礎上，減少Fe元素含量，提高Cr 元素含量而研制開發的一種新型高強高韌亞穩β型鈦合金，名義成分 Ti‐5Al‐5Mo‐5V‐3Cr‐0.5Fe。與Ti‐1023和VT22合金對比，Ti‐5553合金Fe含量較少， 使合金偏析敏感度降低，但不降低強度，其強度高出Ti‐1023合金約15％。

國際通用的鈦合金抗沖擊性能采用霍普金森壓桿進行測試后所采集的應力 應變曲線進行表征，一般情況其動態性能可最大均勻塑形應變大于0.25，其沖擊 吸收功大于300MJ/m³被認為具有良好的耐沖擊性能。

發明內容

本發明的目的是提出一種耐高速沖擊高強高韌鈦合金，其特征在于，所述耐 高速沖擊高強高韌鈦合金具體為Ti‐Al‐Fe‐V‐Cr系合金，合金中各組分重量百分比 為Al：2.5～3.5％、Fe：0.85～2.35％、V：3.0～8.0％、Cr：1.0～5.0％、雜質含量＜0.2％， 余量為Ti；上述各成分滿足：[Mo]eq＝0.67V+2.9Fe+1.6Cr＝12.0～13.0且 Al/(Fe+V+Cr)≥0.25；其中含有初生α相的比例在5％～20％之間，初生條狀α相的 橫縱向之比在1‐2之間，使鈦合金具有優異的耐沖擊性，最大均勻塑形應變大于 0.25，沖擊吸收功達300MJ/m³。

所述耐高速沖擊高強高韌鈦合金是按照上述配比，采用市售的海綿鈦、海綿 鋯、Al豆、Fe-Cr中間合金、純Cr，Fe-V中間合金配料，壓制成自耗電極，經 過二次真空自耗電弧爐熔煉，制成Ti-Al-Fe-V-Cr合金鑄錠；在950℃～1100℃開 坯，變形量60％，經過多次降溫至750℃～820℃鐓粗拔長，累積變形量80％，制 成一定規格的棒材或板材，并將制得的棒材在合金相變點以下10℃～60℃，1小 時空冷或者爐冷后，進行霍普金森壓桿實驗測定材料的動態性能。