[發明專利]一種高性能、低成本鈦合金

有效

• 申請號: 201910703219.0
• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN110257668B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 辛社偉;周偉;李倩;張思遠;毛小南;趙永慶;洪權
• 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
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 馬小燕

本發明公開了一種高性能、低成本鈦合金，由以下質量百分含量的成分組成：Al 4.3％～6.6％，V 2.0％～3.0％，Mo 2.6％～3.2％，Fe 1.6％～2.1％，余量為Ti和不可避免的雜質，該鈦合金以1級海綿鈦、鐵鉬合金、純鋁、TC4回收料為原料，經電子束冷床熔煉制備得到。本發明的鈦合金采用電子束冷床熔煉法，通過添加海綿鈦、鐵鉬合金這些不易產生高密度下沉、低密度揮發的原料，避免了熔煉過程中鈦合金中各元素的不均勻現象，同時實現了對TC4回收料的大規模利用，大大降低了原料成本，且該鈦合金的性能符合軍用及民用各領域對鈦合金結構件高強度、高動態承載能力的需求。

技術領域

本發明屬于鈦合金技術領域，具體涉及一種高性能、低成本鈦合金。

背景技術

鈦合金由于其優良的綜合性能，在航空、航天和兵器工業等領域得到了廣泛應用。然而在服役過程中，鈦合金結構件會受到動態載荷作用，而承受動態載荷的材料可能會以高應變速率發生變形，如鈦合金戰斗部殼體、航空發動機用鈦合金風扇葉片和鈦合金裝甲等。在動態載荷的作用下，材料的力學性能與靜態載荷作用下有很大的區別。因此鈦合金的動態力學性能是其服役性能的一個重要評價標準。目前，測試材料動態承載能力的方法為動態壓縮試驗，該試驗是在分離式Hopkinson壓桿(SHPB)上進行，SHPB技術的發展已有近60年的歷史，廣泛運用于測量材料在一維應力條件下、應變率為1×10²s^-1～1×10⁴s^-1范圍內的動態力學性能。具有良好動態承載能力的材料必須具備較大動態強度指標或動態塑性指標的良好匹配，同時具有較高的沖擊吸收能。目前廣泛應用的鈦合金極少考慮材料動態載荷應用環境，而較低的動態性能也限制了鈦合金的應用范圍。授權公告號CN104451213B的《一種高動態承載性能、低成本鈦合金的制備方法》專利中公開的鈦合金中含有大量價格加高的釩元素，雖然鈦合金部分原材料可采用鈦合金殘料，但仍需加入價格加高的釩合金，增加了鈦合金的原材料成本。

高價格一直是限制鈦合金大量應用的最大障礙，高強鈦合金一般需要在合金中添加較多的β穩定元素以達到較高時效強化效應。然而鈦合金中最常用的β穩定元素Mo、V、Nb等均比較昂貴，因此如何保持優異的合金性能與降低合金成本的協調是低成本鈦合金設計的難點。目前，降低鈦合金成本主要從降低鈦合金化元素成本及采用短流程制備工藝兩方面著手。降低鈦合金成本主要通過采用價格低廉的合金元素替代價格相對昂貴的合金元素，例如采用Fe、Cr等替代Mo、V。但是單一的共析型β穩定元素容易造成偏析，對于鈦合金的性能是不利的。申請號為201710918992的《一種低成本高強度高鈦合金及其制備方法》專利中通過添加大量的Fe、Cr提高了鈦合金的強度，但該鈦合金塑性較低。申請號為201410628558的《一種可添加鈦殘料的低成本鈦合金》專利中添加十幾種鈦合金殘料的方式來降低鈦合金成本，但為了保證鈦合金的性能，添加的β穩定元素相對較少，添加的鈦殘料量也相對較少，降低成本的效果不明顯。實際上，現有的低成本合金由于成分和性能的限制，往往添加的鈦合金殘料數量和種類都有限。目前，TC4鈦合金的應用最為廣泛，占到所有鈦合金的50％以上，每年高品質的TC4鈦合金殘料超過萬噸，充分利用現有高品質的TC4鈦合金殘料是降低鈦合金成本最為有效的方法之一。因此，利用TC4鈦合金殘料開發一種高性能、高強鈦合金可顯著降低其原料成本。

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，提供一種高性能、低成本鈦合金。該鈦合金通過電子束冷床熔煉法制備得到，通過添加海綿鈦、鐵鉬合金這些不易產生高密度下沉、低密度揮發的原料，避免了熔煉過程中鈦合金中各元素的不均勻現象，有利于保證鈦合金的高性能，同時實現了對TC4回收料的大規模利用，大大降低了原料成本。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種高性能、低成本鈦合金，其特征在于，由以下質量百分含量的成分組成：Al 4.3％～6.6％，V 2.0％～3.0％，Mo 2.6％～3.2％，Fe 1.6％～2.1％，余量為Ti和不可避免的雜質，該鈦合金的制備方法包括以下步驟：