[發(fā)明專利]一種抗拉強(qiáng)度大于1300MPa的亞穩(wěn)β鈦合金

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• 申請(qǐng)日: 2019-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN110016588A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寇宏超;王曉丹;王毅;孫智剛;唐斌;高文強(qiáng);樊江昆;李金山
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C14/00
• 分類號(hào): C22C14/00;C22C1/03;C22F1/18
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種抗拉強(qiáng)度大于1300MPa的亞穩(wěn)β鈦合金，包括Ti、Mo、Al、Cr、Nb、O，或者Fe。所述組份中采用的原材料為0級(jí)海綿鈦顆粒、電解鉻粉末、鋁豆顆粒、鋁箔、氧化鈦粉末、AlNb70中間合金顆粒和AlMo80中間合金顆粒，或者TiFe中間合金顆粒。所述合金中的鉬當(dāng)量[Mo]eq為12～16，鋁當(dāng)量[Al]eq為4.5～7.2。本發(fā)明的強(qiáng)塑性匹配良好，不存在“β斑”熔煉缺陷，同時(shí)具有低成本優(yōu)勢(shì)的亞穩(wěn)β鈦合金，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的高成本和“β斑”熔煉缺陷的問題，提高合金的強(qiáng)度，同時(shí)保證低成本的優(yōu)勢(shì)，能夠應(yīng)用于生產(chǎn)棒、絲、線材等各種鍛件以及制造高強(qiáng)緊固件等，具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈦合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抗拉強(qiáng)度大于1300MPa的亞穩(wěn)β鈦合金。

背景技術(shù)

鈦合金因具有比強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕、可焊、無磁、生物相容性好等優(yōu)異的綜合性能，在航空、航天飛行器等國(guó)防領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鈦合金的應(yīng)用水平已成為衡量現(xiàn)代航空航天飛行器選材先進(jìn)程度和綜合性能的重要標(biāo)志。

目前，國(guó)內(nèi)外的高強(qiáng)鈦合金基本均為亞穩(wěn)β型鈦合金。亞穩(wěn)β鈦合金是淬火至室溫后能夠全部保留β相而不發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的一類合金，其鉬當(dāng)量[Mo]eq介于12～25之間，[Al]eq介于5-8之間。當(dāng)前在航空飛行器上獲得實(shí)際應(yīng)用的亞穩(wěn)β型鈦合金主要有Ti-1023，BT22，β-21S，β-C等。其中Ti-1023合金是典型的應(yīng)用最為廣泛的一種亞穩(wěn)β型鈦合金，是由美國(guó)Timet公司、Boeing公司、Wyman Gordon公司于1971年共同研制開發(fā)的，具有高強(qiáng)度、高斷裂韌性、良好的淬透性和抗裂紋擴(kuò)展性能。但由于該合金含有2％Fe元素，在熔煉時(shí)易形成冶金偏析而產(chǎn)生“β斑”。在20世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)成功研制了一種亞穩(wěn)β鈦合金——BT22合金，相比于Ti-1023，該合金Fe和V元素含量減少，Mo和Cr元素含量增多，具有強(qiáng)度高、韌性高、塑性好以及焊接性能優(yōu)良等特點(diǎn)。這些合金作為航空鍛件應(yīng)用時(shí)，一般用于1000MPa～1200MPa的強(qiáng)度水平，但是如果想進(jìn)一步的提高強(qiáng)度將會(huì)使這些合金的塑性、韌性等性能明顯惡化。

在公開號(hào)為CN105803262A的發(fā)明創(chuàng)造中，西北有色金屬研究院研發(fā)的一種含鎢的高強(qiáng)鈦合金，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 4％～5.5％，Cr 3％～5％，Mo 2％～4％，W2％～4.5％，F(xiàn)e 0.2％～0.8％，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)，該合金通過在Ti-Al-Mo-Cr合金體系中添加適量的元素W，其經(jīng)退火后的抗拉強(qiáng)度為860MPa～1500MPa，且獲得了強(qiáng)度、塑性、韌性的良好匹配。但是在該發(fā)明合金的強(qiáng)度可調(diào)范圍較寬，不易控制，而且合金中添加了難熔的W元素，在熔煉過程中易引起成分偏析，從而影響合金成分和組織的均勻性。

在公開號(hào)為CN102212715A的發(fā)明創(chuàng)造中，中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院研發(fā)的一種高強(qiáng)鈦合金，該合金降低了價(jià)格昂貴的V元素和熔點(diǎn)較高的Mo元素含量，用價(jià)格便宜的β穩(wěn)定元素鉻和鐵部分代替了V和Mo的β穩(wěn)定化作用，同時(shí)用價(jià)格便宜的中性元素Zr和Sn彌補(bǔ)由于V和Mo含量減小而引起的合金強(qiáng)度損失。該發(fā)明既維持了鈦合金良好的力學(xué)性能，又不易引起成分偏析，同時(shí)降低了合金的生產(chǎn)成本。缺點(diǎn)是該合金的強(qiáng)度水平在1100MPa左右，而且該合金中的Fe含量高達(dá)2％，熔煉過程中易產(chǎn)生“β斑”缺陷，降低合金的耐蝕性和組織性能穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)目前一些亞穩(wěn)β鈦合金強(qiáng)塑性不匹配，高成本和“β斑”熔煉缺陷的問題，本發(fā)明提供了一種抗拉強(qiáng)度大于1300MPa的亞穩(wěn)β鈦合金。

本發(fā)明包括6.6～7.2％的Mo、3.0～5.1％的Al、2.6％～4.1％的Cr、2.7％～3.1％的Nb、0.17～0.25％的O，或者0～0.5％的Fe，余量為Ti和雜質(zhì)，其中雜質(zhì)的質(zhì)量百分比分別為：C≤0.1％，H≤0.01％，N≤0.02％。

所述組份中采用的原材料為：0級(jí)海綿鈦顆粒、電解鉻粉末、鋁豆顆粒、鋁箔、氧化鈦粉末、AlNb70中間合金顆粒和AlMo80中間合金顆粒，或者TiFe中間合金顆粒。