[發明專利]一種近β型高強韌鈦合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201910301923.3
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN109852845B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 侯智敏;唐進;戴毅;邢秋麗;贠鵬飛;王興;楊佩;謝英杰;劉華;張智;李維;吳曉東;王彥皓;王超男;康聰;華瑤
• 申請（專利權）人: 西部鈦業有限責任公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/02;C22B9/20
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 馬小燕

本發明公開了一種近β型高強韌鈦合金，由以下質量百分數的成分組成：Al 4.0％～5.5％、Zr 0.8％～1.8％、Mo 3.0％～4.5％、V 1.0％～2.0％、Fe 1.5％～2.5％、Cr 2.5％～3.5％，B不超過0.12％，余量為Ti和不可避免的雜質；本發明還公開了一種近β型高強韌鈦合金的制備方法，該方法采用大量的TA15回收料為原料。本發明分別采用Al?Zr系、Mo?V?Cr?Fe系共同強化鈦合金中的α相和β相，增強了耦合強化效果，使其具有良好的強韌性匹配，控制其鋁當量和鉬當量，保證了鈦合金兼具良好的強度和韌性；本發明采用TA15鈦合金回收料作為原料，大大降低了制備成本。

技術領域

本發明屬于鈦合金技術領域，具體涉及一種近β型高強韌鈦合金及其制備方法。

背景技術

鈦具有許多的特性：密度低、比強度高、耐腐蝕、耐溫區寬、焊接性能好，是一種理想的結構材料，對國防高技術、武器裝備和民用行業的發展有極其重要的作用。航空、航天、艦船、兵器、化工等軍工及商業領域都大量使用鈦合金，并有逐步增大的趨勢。但鈦合金價格高，一般為鋼的8-10倍，嚴重影響了其在兵器、艦船及化工等成本控制要求嚴苛的領域。更糟糕的是，近年來鈦合金最主要的中間合金鋁釩價格飛漲(Al55V由2017年的約240元/kg上漲至目前的600元/kg，且我國鋼鐵行業釩需求旺盛，鋁釩中間合金價格將會在未來很長時間內保持高位)，導致目前應用最廣泛的TC4鈦合金(Ti-6Al-4V)生產成本每公斤上漲15元以上。

由于起步較晚，我國兵器工業目前缺乏專用的低成本、高比強度、高損傷容限型鈦合金，即低成本高強韌鈦合金，從而很難在保證使用安全、高效減重的前提下，將生產成本控制在比較低的范圍。此外，由于兵器工業的應用特性，部分鈦制品需要長期與地面或其它材料制備的結構件相互摩擦，因此對兵器用鈦合金的耐磨性提出更高的要求。

國內外低成本高強鈦合金的研制工作一直在進行。西北有色金屬研究院研制的Ti12LC(Ti-4.5Al-7Mo-2Fe)合金、美國研制的LCB(Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5Al)，均采用廉價的Fe或Fe-Mo中間合金作為生產原料，可以顯著降低材料成本，但合金依然具有良好的力學性能及熱加工塑性。上述兩個合金的抗拉強度均可達到約1100MPa，韌性與TC11相當，屬于常規的高強低成本鈦合金，但其比強度與更高強度的鈦合金，特別是強度超過1400MPa的超高強鈦合金相比，仍有一定的差距。此外，上述兩個鈦合金及現有的常規鈦合金，其耐磨性與高強鋼相比，均有很大的差距，對于履帶等既有強度要求、又有耐磨性要求的結構件，目前尚無法滿足設計要求。

在合金中加入少量的B元素，既可以改善合金的凝固特性，細化鑄錠晶粒尺寸，又可在凝固后脫溶形成原位自生強化相TiB。彌散分布的原位自生硬質顆粒與基體結合牢固，可以有效改善合金的耐磨性及抗拉強度，但過量的硬質析出物，會損害合金的室溫塑性及韌性，需要控制析出物的彌散度及總含量，從而達到較高的綜合性能匹配，滿足兵器工業部分領域對高強韌、高耐磨性鈦合金的使用要求。

目前，我國鈦殘料回收技術進步明顯，可用鈦殘料大批量制備滿足國標要求的鈦制品。我國鈦工業每年產生大量的TA15鈦合金殘料，但TA15鈦合金回收料制品，目前應用極少。航空、航天用TA15鈦合金在各生產環節中產生的大量殘廢料，只能當普通廢料處理，造成極大的資源浪費。若能開發出一種新型兵器用鈦合金，可以大量使用TA15鈦合金殘料，并滿足兵器用低成本、高強韌的應用要求，即可以解決大量TA15鈦合金殘料回收問題，又可推動鈦合金在兵器領域的大范圍應用，加速我國兵工裝備的升級換代進程。

發明內容