[發(fā)明專利]一種高強度高塑性鈦鐵銅碳合金

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201510979477.3
• 申請日: 2015-12-24
• 公開（公告）號: CN105441714A
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發(fā)明（設計）人: 賈元智;宋全;張兵;馬明臻;劉日平
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/02
• 代理公司: 石家莊一誠知識產(chǎn)權事務所 13116
• 代理人: 續(xù)京沙

技術領域

本發(fā)明屬于材料技術領域，特別涉及一種鈦合金。

背景技術

鈦是一種中低密度金屬(其密度為4.5)，具有較高的比強度，中溫性能好，無磁性，具有極強的耐腐蝕能力，焊接性能好，是性能優(yōu)異的金屬結構材料，在航空、航天、艦船、核電、武器裝備、石油開采和生物醫(yī)學材料等高端技術領域日益占據(jù)主導地位。鈦材料多以合金形式應用，如通過加入各類β相穩(wěn)定元素即鉬、鎢、釩、鉻、鈮、鉭、錳、鈷等獲得的TB型鈦合金強度較高，是高性能鈦合金研發(fā)應用的重要內(nèi)容。由于一些β相穩(wěn)定元素熔點較高，難以熔煉，例如釩(熔點1890℃)、鉬(熔點2610℃)、鉻(熔點1907℃)、鉭(熔點2996℃)、鎢(熔點3380℃)，這些高熔點原料的使用必將提高鈦合金的制造成本。另外，根據(jù)粗略市場調(diào)查，一些合金化元素的價格高昂，例如，釩(約3000元/KG)、鉬(約500元/KG)、鉻(約650元/KG)、鉭(約4800元/KG)、鎢(約500元/KG)。綜上所述，低成本元素的加入更加有利于鈦合金的規(guī)?；瘧?。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種原料的熔點和成本均較低的高強度高塑性鈦鐵銅碳合金。

本發(fā)明的鈦鐵銅碳合金是一種具有較高鐵元素及碳元素含量的TB型鈦鐵銅碳合金，其化學成分質量百分比如下：Fe的含量為10.2-11.2％，Cu的含量為5.4-6.4％，C的含量為0.06-0.08％，余量為Ti和不可避免的雜質。

上述鈦鐵銅碳合金的制備方法如下：

將上述成分的合金置于電弧爐的水冷銅坩堝中，利用真空非自耗電弧爐進行熔煉，熔煉前電弧爐的背底真空高于2.0×10^-2Pa，弧焊電源電流工作范圍為300-500A，電壓工作范圍為15-30V，熔煉溫度為2300-2800℃，單個鑄錠熔煉時間為4分鐘，反復熔煉最少8次；熔煉完畢的合金錠隨坩堝冷卻，熔煉均勻的合金從坩堝中取出后，用于鑄造態(tài)合金性能分析或后續(xù)加工。

根據(jù)鐵鈦二元合金相圖，富鈦一端的合金由鈦基體和鐵鈦相組成，基體β鈦為體心立方相，具有極佳的塑性，鐵鈦相作為合金化合物相，在基體中主要起到強化的作用。通過合理選擇合金成分及加入其它合金元素如銅、碳等，實現(xiàn)細化基體組織和第二相，優(yōu)化合金的相組成，改善其形貌和分布，可以進一步提高合金的力學性能。本發(fā)明中Fe為主要合金化元素，Cu為次要合金化元素，C為微量合金化元素。所用合金元素的作用包括穩(wěn)定β相、固溶強化、第二相強化、改善合金微觀組織及降低合金中氧元素對性能的影響等。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明以鈦合金體系為對象，以鈦鐵兩種元素為合金主體，通過加入少量銅元素和微量碳元素，使其成為具有較高強度和一定塑性的鈦合金。

2、本發(fā)明配比的鈦合金不僅較容易熔煉，而且成本低廉。

3、綜合力學性能較好，其合金鑄造態(tài)樣品在單軸壓縮載荷作用下屈服強度為1142MPa,斷裂強度可超過3000Mpa，同時其工程應變?yōu)?5％。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1制得的鈦鐵銅碳合金的鑄態(tài)單軸壓縮條件下的工程應力-應變曲線圖；

圖2為本發(fā)明實施例1制得的鈦鐵銅碳合金的金相顯微組織圖。

具體實施方式

實施例1

用74.05克純鈦絲、10.16克碳含量為0.56％的鐵碳合金和5.78克純銅等原料配料，用非自耗真空電弧爐熔煉。熔煉時電弧爐的背底真空高于2.0×10^-2Pa，弧焊電源工作電流為400A，工作電壓為20V，熔煉溫度最佳約為2300℃，單個鑄錠熔煉時間為4分鐘，合金經(jīng)初次熔煉成一個整體后，在坩堝中翻面進行二次熔煉，如此反復，共計8次，熔煉完畢的合金錠隨坩堝冷卻，熔煉均勻的合金從坩堝中取出，制得的鈦鐵銅碳合金。

待合金熔煉完畢，用電火花線切割的方法從合金錠中切下尺寸為Φ5×10mm的合金樣品，用帶引伸計的壓縮力學試驗機進行力學性能測試，其結構見表1。用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡觀察了合金的顯微組織。將合金板用電火花線切割成拉伸試樣，用帶有引伸計的拉伸力學試驗機進行力學性能測試。測試結果表明合金具有優(yōu)異的機械性能，具體如下表：

表1本發(fā)明合金不同制備態(tài)的一些基本力學性能參數(shù)