[發明專利]一種可冷成型的高強高塑β鈦合金材料

有效

• 申請號: 201711339381.6
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108004431B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 戚運蓮;曾立英;杜宇;趙彬;辛社偉;周偉;李倩;趙恒章;劉偉;孫花梅;張思遠
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/03;C22F1/18;B23P15/00
• 代理公司: 61213 西安創知專利事務所
• 代理人: 譚文琰

本發明公開了一種可冷成型的高強高塑β鈦合金材料，由以下質量百分比的成分組成：Al 3.5％～5.5％，Mo 3.5％～4.5％，Cr 1.5％～4.5％，Zr 3.5％～4.5％，Sn 1.5％～2.5％，Fe 1％～2％，Nb 2％～4％，余量為Ti和不可避免的雜質；所述β鈦合金的力學性能為：抗拉強度1250MPa～1450MPa，斷后伸長率10％～18％，斷面收縮率30％～55％，疲勞強度800MPa～1100MPa。本發明β鈦合金內添加有同晶型β穩定元素Mo、Nb，共析型β穩定元素Cr、Fe，以及中性元素Zr和Sn。Mo可以通過固溶強化使基體強化和細化晶粒，這種晶粒細化效應，也能起到改善塑性的作用；Nb改善鈦合金的冷加工性及耐腐蝕性。Cr、Fe與鈦形成的二元系中，存在共析轉變，采用Zr和Sn避免出現共析脆性。

技術領域

本發明屬于鈦合金材料技術領域，具體涉及一種可冷成型的高強高塑β鈦合金材料及其管材、棒材和板材的制備方法。

背景技術

β型鈦合金一般具有高的比強度和較低的彈性模量，同時兼有高韌性、高疲勞極限，以及優良的冷熱加工性能，易鍛造，可通過固溶時效處理獲得較好的強塑性匹配。被廣泛應用于航空航天、艦船、生物醫療等領域，是重要的結構材料之一。目前，典型的β鈦合金有：Ti-38644、Ti-5553、Ti-15-3、β-CEZ和Ti-1023等，由于最初設計開發的應用目標不同，適于制備管材的β鈦合金很少。由于β鈦合金變形抗力大以及冷加工回彈大等特點，給β鈦合金厚壁管材的冷加工增大了難度。厚壁管在時效強化處理后強度達到1200MPa以上時，塑性會大幅度降低，難以滿足實用要求。所有在強度和冷加工性能等方面無法滿足海軍艦船以及航空航天領域對部分特殊性能材料的要求，世界各國對于提高管材的極限強度一直是一個熱點。為滿足我國航空、航天以及艦船等領域對高強鈦合金管材(1250MPa以上)的需要，以國外先進成熟可靠、且使用過的β鈦合金為基礎，開展相關高強度高塑性適于冷加工的β鈦合金材料研究，擴大推廣我國β鈦合金材料體系具有重要意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供了一種可冷成型的高強高塑β鈦合金材料。該β鈦合金β穩定系數為1.36，Mo當量為15.526。較多的β穩定元素可以獲得足夠的β相及提高β相的穩定性。本發明的β鈦合金內添加有同晶型β穩定元素Mo和Nb，共析型β穩定元素Cr、Fe，以及中性元素Zr和Sn。添加3.5％～4.5％的Mo，Mo可以通過固溶強化使基體強化，Mo的加入還可細化晶粒，這種晶粒細化效應，也能起到改善合金塑性的作用；添加2～5％Nb，可以改善鈦合金的冷加工性及耐腐蝕性。從成本上來說，共析型的β穩定元素Cr、Fe更有優勢，而且其β穩定作用也更強，但是該類元素與鈦形成的二元系中，存在共析轉變，在含量高時有可能生成化合物相，引起脆性，而本發明中采用中性元素3.5～4.5％Zr和1.5～2.5％Sn避免出現上述的共析脆性。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種可冷成型的高強高塑β鈦合金材料，其特征在于，由以下質量百分比的成分組成：Al 3.5％～5.5％，Mo 3.5％～4.5％，Cr 1.5％～4.5％，Zr 3.5％～4.5％，Sn 1.5％～2.5％，Fe 1％～2％，Nb 2％～4％，余量為Ti和不可避免的雜質；所述β鈦合金的力學性能為：抗拉強度1250MPa～1450MPa，斷后伸長率10％～18％，斷面收縮率30％～55％，疲勞強度800MPa～1100MPa，所述β鈦合金的冷加工變形量大于40％。

上述的一種可冷成型的高強高塑β鈦合金材料，其特征在于，由以下質量百分比的成分組成：Al 4％～5％，Mo 3.8％～4.2％，Cr 2％～4.1％，Zr 3.9％～4.1％，Sn 1.9％～2.1％，Fe 1.0％～1.5％，Nb 2.7％～3.5％，余量為Ti和不可避免的雜質。

上述的一種可冷成型的高強高塑β鈦合金材料，其特征在于，由以下質量百分比的成分組成：Al 5％，Mo 4％，Cr 2％，Zr 4％，Sn 2％，Fe 1.5％，Nb 3％，余量為Ti和不可避免的雜質。