[發明專利]一種抗拉強度大于1450MPa的近β超高強鈦合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202010220409.X
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111270102B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 劉運璽;周琳;付明杰;陳瑋
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22F1/18
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• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種抗拉強度大于1450MPa的近β超高強鈦合金，近β超高強鈦合金中初生α相的體積分數為15％～30％，次生α相均勻分布在β基體上。其制備方法為：(1)確定新型超高強鈦合金的主干成分體系；(2)測定β轉變溫度，在鈦合金鑄錠β轉變溫度以上進行開坯鍛造，然后逐漸降低鍛造溫度至β轉變溫度以下進行反復鐓拔鍛造；(3)設計終鍛工藝的溫度設定為β轉變溫度以下，得到超高強鈦合金鍛坯；(4)對處于熱加工狀態的超高強鈦合金鍛坯進行固溶處理和雙重時效強化處理后，得到抗拉強度大于1450MPa的近β超高強鈦合金。實現了超高強鈦合金強度達到1450MPa以上，同時又能滿足良好的塑性、韌性等綜合性能匹配。

技術領域

本發明屬于金屬材料技術領域，涉及一種抗拉強度大于1450MPa的近β超高強鈦合金及其制備方法。

背景技術

鈦合金作為近幾十年發展的新型輕金屬材料，具有強度、模量、韌性、高損傷容限、耐腐蝕和可焊接等優良的綜合性能匹配，從而成為先進飛機的主要結構材料之一。鈦及鈦合金在飛機機體結構上的應用可以取得良好的減重效益，滿足飛機高機動性、高可靠性和長壽命的設計需要，其用量已成為衡量飛機選材先進程度的一個重要標志。

鈦合金已經經歷了從低強度、中強度到高強度的發展歷程，目前超高強度鈦合金(取代超高強結構鋼)成為各國鈦合金發展的一個重要趨勢。高強鈦合金一般指抗拉強度在1100MPa以上的鈦合金，其在飛機上的應用主要包括起落架的扭力臂、支柱以及機身的承力框梁等重要結構件。

目前，高強鈦合金主要以β鈦合金為主，包括部分α+β兩相合金，合金化的主要特點是加入較多的β穩定元素，如Mo、V、Cr、Mn、Nb、Fe等元素，并嚴格控制N、O、H等雜質氣體元素含量，在高溫下進行固溶和時效處理得到穩定的β相組織。β鈦合金由于具有高強度、良好的冷成型性能以及良好的強塑性匹配一直受到國內外的廣泛關注，尤其是近β和亞穩β合金，其兼具兩相合金與β合金的性能優勢。根據Mo當量的不同，可以將β型鈦合金細分為四種，Mo當量在0至5時，稱為富β穩定元素α+β型鈦合金；Mo當量在5至10時，稱為近β型鈦合金；Mo當量在10至30時，稱為亞穩β型鈦合金；Mo當量大于30時，稱為穩定β型鈦合金。具有國際先進水平并在航空領域獲得實際應用的高強鈦合金主要有β型鈦合金Ti-1023(Ti-10V-2Fe-3Al)，Ti-15-3(Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)，β-21S(Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si)、Ti-5553(Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-0.5Fe)以及α+β型兩相鈦合金BT22(Ti-5V-5Mo-1Cr-1Fe-5Al)等。

為實現輕量化、長壽命、高可靠性等設計思想，新一代飛機對主承力結構提出了更迫切的減重需求，要求鈦合金具有更高的強度并具有優良的綜合性能，即靜強度、斷裂、疲勞等性能的提升與匹配，同時有效提高結構的疲勞性能和可靠性，從而保證飛機的使用壽命。然而，對于鈦合金來說，其強度性能與塑性及韌性通常是相矛盾的。現有高強鈦合金在提高其強度的同時，通常會以犧牲其塑性及韌性為代價，如以目前最新型的Ti-5553高強鈦合金為例，該合金在1200MPa級別具有優良的強塑性匹配以及疲勞性能，隨著其強度的進一步升高，塑性則顯著下降，從而嚴重制約了其在更高強度條件下的進一步應用。

發明內容

(1)要解決的技術問題

超高強度鈦合金隨著強度的不斷提高，其塑性、韌性、疲勞性能、損傷容限性能等綜合性能隨之有不同程度地降低，成為超高強度鈦合金的性能潛力難以完全發揮的主要原因，也是限制其在新一代武器裝備上進一步應用的重要因素。針對上述問題，本發明主要是提出一種抗拉強度大于1450MPa的近β超高強鈦合金及其制備方法，實現其強度達到1450MPa以上，同時又能滿足良好的塑性、韌性等綜合性能匹配，以進一步促進超高強鈦合金的工程應用。

(2)技術方案

一種抗拉強度大于1450MPa的近β超高強鈦合金，所述近β超高強鈦合金中初生α相的體積分數為15％～30％，次生α相均勻分布在β基體上。