[發明專利]含Fe、Cr、Zr合金元素的α+β鈦合金及其板材和棒材的制備方法

在審

• 申請號: 201710111770.7
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN107034382A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 李重河;王樹森;魯雄剛;李明陽;艾力·瓦杰德;王世華;耿淑華;汪宏斌;秦子威
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22F1/18;C22C1/02;C22F1/02
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種鈦合金及其型材制備方法，特別是涉及一種低釩低鉬、超低釩超低鉬或無釩無鉬的多相態鈦合金及其型材制備方法，應用于低成本鈦合金材料制備技術領域。

背景技術

金屬鈦作為工程材料也只不過50多年的歷史，但是鈦及鈦合金以其優異的性能在航空航天、航海、石油、化工、醫藥等行業發揮著重要作用：如鈦鎳合金因其形狀記憶功能，可用于衛星和飛船的天線、宇航系統的油管密封和其它自控裝置；鈦鐵、鈦鎂合金具有優異的儲氫性能，是理想的儲氫材料。多年以來，世界上許多國家逐漸認識到了鈦及鈦合金的重要性，并對其進行了大量的研究和開發。

但是，當前鈦合金牌號多含有高成本的合金化金屬如Mo、V等，使得鈦合金成本居高不下。而通過廉價的合金化金屬Fe、Cr、Mn等元素代替昂貴的元素Mo、V等來開發新型鈦合金，具有很好的應用前景。

近年來，國內外已有許多對于這方面的研究報道。例如日本的B.Guawarman等人為探索新型的醫用輪椅材料研究了Ti-4.3Fe-7.1Cr-3Al(TFCA)合金，在合金中使用了廉價的Fe和Cr合金化元素，相比純鈦性能提高而成本大大降低，合金經過一定熱處理后加工率可達90%以上，并具備很好的韌性。但合金中元素Fe在宏觀組織中具有很大的偏析傾向，宏觀偏析使宏觀組織有較大的變化，這大大增加了該合金機械性能數據的分散性，且這種宏觀偏析通過后期熱處理或塑性加工無法消除，對合金性能產生不利影響。

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Fe、Cr、Zr合金元素的 α+β 鈦合金及其板材和棒材的制備方法，使用了廉價的合金元素Fe、Cr、Zr作為鈦合金的強化元素，克服了Ti-4.3Fe-7.1Cr-3Al(TFCA)合金的宏觀偏析問題，本發明 α+β 鈦合金的室溫強度不低于1000Mpa，利用本發明可以進一步擴大混合相鈦合金的使用范圍。

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Fe、Cr、Zr合金元素的 α+β 鈦合金，其組分的質量百分數為：3.0-4.5wt%的鋁、0.3-2.0wt%的鐵、3.0-5.0wt%的鉻、1.0-2.0wt%的鋯，余量為鈦和不可避免的雜質。

作為本發明優選的技術方案，其組分的質量百分數為：3.99-4.11wt%的鋁、0.79-0.81wt%的鐵、3.89-4.02wt%的鉻、1.47-1.57wt%的鋯、0-0.05wt%的氧、0-0.001wt%的氮、0-0.001wt%的碳、0-0.001wt%的氫，余量為鈦。

作為本發明進一步優選的技術方案，其組分的質量百分數為：4.0wt%的鋁、0.8wt%的鐵、4.0wt%的鉻、1.5wt%的鋯、0.04-0.05wt%的氧、0-0.001wt%的氮、0-0.001wt%的碳、0-0.001wt%的氫，余量為鈦。

一種含Fe、Cr、Zr合金元素的 α+β 鈦合金的板材制備方法，將海綿鈦、純鋁、純鐵、純鉻，純鋯進行配料，按照下述原料組分的質量百分數，進行原料組分材料稱量：3.0-4.5wt%的鋁、0.3-2.0wt%的鐵、3.0-5.0wt%的鉻、1.0-2.0wt%的鋯，其余原料為鈦，將完成配料后的各原料組分材料置入箱式電阻爐中，在箱式電阻爐中，對各原料組分材料進行預處理，在120-150℃的預處理溫度下保溫10-12 h，然后再將各原料組分材料置于分瓣式水冷銅坩堝中，反復熔煉3-5次制成鑄錠，再將所得鑄錠加熱到830-870℃，在橫列式軋機上將鑄錠軋制成厚度為6-8mm的 α+β 鈦合金板材。優選采用真空退火的熱處理方式對所制備的 α+β 鈦合金板材進行軋制后熱處理，控制退火溫度為580-600℃，保溫時間為1.5-2.5 h，冷卻方式為空冷。