[發明專利]具有TRIP/TWIP效應的高強高塑性β鈦合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201710734100.0
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107723510B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 張金勇;孫凡;陳正;沈承金;沈寶龍
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

一種具有TRIP/TWIP效應的高強高塑性β鈦合金，主要由以下質量百分含量的成分組成：Mo 10％～14％，Zr1％～10％，或者，Mo 10％～14％，Sn 1％～5％，或Mo 10％～14％，Fe 0.5％～1.5％，或Mo 10％～14％，Zr 1％～10％，Sn 1％～5％，Fe 0.5％～1.5％；余量為Ti和不可避免的雜質。本發明通過調控beta鈦合金的β穩定性，使其室溫條件下在塑性變形過程中同時產生TRIP和TWIP效應，表現出優異的塑性、較高的強度、良好的加工硬化行為以及極好的冷加工性能等綜合力學性能，具有良好的推廣應用前景。

技術領域

本發明涉及鈦合金領域，特別是涉及一種具有TRIP/TWIP效應的高強高塑性亞穩β(beta)鈦合金。

背景技術

鈦合金由于密度低、比強度高、比模量高、低溫性能好、耐腐蝕好、無磁、生物相容性好等優異的綜合性能，在航空航天、汽車、石油化工、醫療器械等眾多國民經濟領域得到了廣泛應用。在鈦合金中，β(beta)鈦合金是目前用途最廣的一類鈦合金。如高強結構用β鈦合金Ti-15Mo-2.6Nb-3Al-0.2Si (β-21S)、Ti-10V-2Fe-3Al(Ti-1023)、Ti-5Al-5V-5Mo-1Cr-1Fe(BT22)、 Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(Ti-153)等替代部分鋁合金、高強度鋼等材料，被應用于波音777、空客A380等大型飛機的機翼梁、連接接頭、緊固件、加強框/梁、接頭耳片、發動機支架、起落架等部件。

盡管當前常用的結構鈦合金具有較高的強度，如β-21S、Ti-153、β-C、 BT22等鈦合金，其強度水平在1100～1250MPa之間，斷裂韌性KIC在45～ 60MPa之間，然而，與不銹鋼或Co-Cr合金相比，鈦合金具有兩大明顯不足：低的塑性和差的加工硬化能力。比如，它們的均勻塑性變形能力(ε)一般低于 25％，平均加工硬化區間大約在80MPa。這兩大不足嚴重限制了鈦合金在高強和高塑性環境下的應用和發展。因此，開發和設計具有高強、高塑性和良好加工硬化能力的新一代鈦合金，探明合金在變形過程的產物形成機制以及變形產物對合金性能的影響規律具有重要的科學意義和應用價值。

發明內容

為了克服現有結構用鈦合金低塑性和差的加工硬化行為的不足，本發明提供一種具有TRIP/TWIP效應的高強高塑性β鈦合金及其制備方法，獲得一種具有高強、高塑性和良好加工硬化能力的TRIP/TWIP效應的Ti-Mo基亞穩β鈦合金。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

一種具有TRIP/TWIP效應的高強高塑性β鈦合金，主要由以下質量百分含量的成分組成：Mo 10％～14％，Zr1％～10％，余量為Ti和不可避免的雜質。

優選地，由以下重量百分含量的成分組成：Mo 12％，Zr 5％，余量為 Ti和不可避免的雜質。

進一步地，還包括以下質量百分含量的成分：Fe 0.5％～1.5％或Sn 1％～5％。

優選地，由以下重量百分含量的成分組成：Mo 12％，Zr 5％，Sn 3％，余量為Ti和不可避免的雜質。

一種具有TRIP/TWIP效應的高強高塑性β鈦合金，主要由以下質量百分含量的成分組成：Mo 10％～14％，Sn 1％～5％，余量為Ti和不可避免的雜質。

優選地，由以下重量百分含量的成分組成：Mo 12％，Sn 5％，余量為 Ti和不可避免的雜質。

進一步地，還包括以下質量百分含量的成分：Fe 0.5％～1.5％。

一種具有TRIP/TWIP效應的高強高塑性β鈦合金，主要由以下質量百分含量的成分組成：Mo 10％～14％，Fe 0.5％～1.5％，余量為Ti和不可避免的雜質。