[發明專利]一種增強增韌亞穩β鈦合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201810264339.0
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108342616A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 孫峰;付杰;羅文忠;崔林林;雷錦文;王凱旋;劉向宏;馮勇
• 申請（專利權）人: 西部超導材料科技股份有限公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/03;C22B9/20
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 胡燕恒

本發明公開了一種增強增韌亞穩β鈦合金，按照重量百分比有以下元素組成：Al：3.6％～6.0％，Mo：3.0％～5.0％，V：3.0％～5.0％，Cr：2.0％～5.9％，Nb：1.0％～4.0％，Fe：0.4％～2.0％，O：0.05％～0.3％，余量為Ti和不可避免的雜質，雜質元素總量不超過0.15％，以上組分重量百分比之和為100％。本發明還公開了上述鈦合金的制備方法。本發明通過改變Nb元素的添加形式，避免了富Nb不熔塊的高密度夾雜缺陷的形成。采用階梯式變功率熔煉工藝參數，提高了鑄錠化學成分均勻性，保證了WSTi544432亞穩β鈦合金的成分均勻和性能穩定性。

技術領域

本發明屬于鈦合金技術領域，具體涉及一種增強增韌亞穩β鈦合金，本發明還涉及上述亞穩β鈦合金的制備方法。

背景技術

WSTi544432名義成分為Ti-5Al-4Mo-4V-4Cr-3Nb-2Fe，是一種亞穩β型鈦合金。WSTi544432合金具有較高的比強度和室溫延伸率，其斷裂韌性更是優于傳統Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe系亞穩β鈦合金，當強度達到1350MPa級別時，K_IC仍可達到65MPa·m^0.5，而美國的Timetal555、俄羅斯的VST55531以及國內TC18鈦合金在相同強度水平下，K_IC仍均小于50MPa·m^0.5，無法滿足大尺寸航空結構件需求。

WSTi544432鈦合金中Nb元素屬于弱β穩定元素，其原子半徑與Ti基體原子接近，具有良好的無限互溶性，不會與基體發生相變，而Cr元素在時效強化熱處理過程中易與Ti基體反應，進一步形成脆性Ti₂Cr第二相，導致在疲勞裂紋在脆性相與基體界面處形成裂紋并擴展，極大限制了合金的服役性能。諸如俄羅斯VT15、Ti-V13CA以及國內TB2等合金。與之相反，TiNb合金是良好的超導線材及鉚釘材，具有良好的冷加工性能，經過時效處理后無任何析出相，但不能產生時效強化效果。

因此，如何獲得強度、塑性以及韌性的綜合匹配的新型亞穩β鈦合金，是本領域研究人員的目標。

發明內容

本發明的目的是提供一種增強增韌亞穩β鈦合金，具有較高的強度、塑性和韌性。

本發明的另一目的是提供上述增強增韌亞穩β鈦合金的制備方法。

本發明所采用的技術方案是，一種增強增韌亞穩β鈦合金，按照重量百分比由以下元素組成：Al：3.6％～6.0％，Mo：3.0％～5.0％，V：3.0％～5.0％，Cr：2.0％～5.9％，Nb：1.0％～4.0％，Fe：0.4％～2.0％，O：0.05％～0.3％，余量為Ti和不可避免的雜質，雜質元素總量不超過0.15％，以上組分重量百分比之和為100％。

本發明所采用的另一技術方案是，一種增強增韌亞穩β鈦合金的制備方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，制備自耗電極：

稱取粉末狀鋁釩鈮合金、顆粒狀鋁鉬合金、鋁鉻和鋁鐵合金、鋁豆、小顆粒海綿鈦，將各原料混合，壓制成電極塊，采用等離子電弧將電極塊焊接為自耗電極；

步驟2，真空自耗熔煉：

采用真空自耗電弧爐將步驟1得到的自耗電極進行三次真空熔煉，即得到WSTi544432鈦合金鑄錠。

本發明的特點還在于，

粉末狀鋁釩鈮合金粒徑不超過0.8mm。

鋁釩鈮合金中各元素重量百分比為Al：48.0％～52.0％，V：30.0％～34.0％，Nb：16.0％～20.0％，余量為不可避免雜質元素，以上元素重量百分比之和為100％。

步驟2中第一次熔煉參數為：熔煉電壓32～36V，熔煉電流20～24kA。