[發明專利]一種適用于增材制造的Ti-Al-V-Nb雙相鈦合金

在審

• 申請號: 202210134433.0
• 申請日: 2022-02-14
• 公開（公告）號: CN114480917A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 孔凡非;程國勇
• 申請（專利權）人: 南京鼎新新材料科技有限公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;B22F10/28;B33Y70/00;B23K9/167
• 代理公司: 南京聚匠知識產權代理有限公司 32339
• 代理人: 盧強

本發明公開了一種適用于增材制造的Ti?Al?V?Nb雙相鈦合金，其組分按照質量百分含量計算，含有Al：3.5～4.5％，V：3.5％～4.5％，Nb：2.5％～3.5％，Fe：0.1％～0.2％，Si：0.1～0.2％，O：0.07％～0.2％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量為Ti，并采用送絲工藝或送粉工藝進行增材制造。本發明通過精確控制成分得到適合于增材制造的Ti?Al?V?Ta雙相鈦合金，采用絲材或粉末增材制造獲得的增材體力學性能優異，其抗拉強度為1150～1250MPa，屈服強度為1075～1210MPa，斷后伸長率為18～26％。

技術領域

本發明涉及一種適用于增材制造的Ti-Al-V-Nb雙相鈦合金，屬于增材制造技術領域。

背景技術

增材制造技術是一種“自下而上”的零件成型方法，主要基于離散累積的成型理念，與傳統的機械加工的方法相比，減少了機械加工的部分，降低機械加工中材料廢料的產生，大大提高了加工速度，降低了產品的風險。

鈦合金具有高的比強度、良好的耐蝕性、優異的生物相容性及優良的高溫力學性能。因此，鈦及鈦合金廣泛應用于航空航天工業、化學工業、醫療工程和體育用具等行業。因此，由于鈦合金優異的可焊性，非常適用于金屬的3D打印，被廣泛地應用于增材制造領域。α+β雙相鈦合金，例如TC4鈦合金，但是TC4鈦合金在增材制造后增材體的性能往往低于預期，例如室溫延伸率往往會低于10％，室溫抗拉強度約為900～1050MPa，其力學性能有待于進一步提高。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種適用于增材制造的Ti-Al-V-Nb雙相鈦合金，能夠解決普通鈦合金的增材體的性能低的問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種適用于增材制造的Ti-Al-V-Nb雙相鈦合金，其組分按照質量百分含量計算，含有Al：3.5～4.5％，V：3.5％～4.5％，Nb：2.5％～3.5％，Fe：0.1％～0.2％，Si：0.1～0.2％，O：0.07％～0.2％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量為Ti。

Ti-Al-V-Nb雙相鈦合金中各組分的作用如下：

Al：鈦合金中Al主要起固溶強化作用，每添加1％Al，抗拉強度在增加50MPa，Al還可以改善抗氧化性，降低合金密度，并顯著提高鈦合金再結晶溫度，鋁提高鈦固溶體中原子結合力，從而改善熱強性，Al含量超過最大固溶度7.5％，會形成第二相，降低合金塑性及韌性，并會產生應力腐蝕，故一般加鋁量不超過7％；本發明的Al組分范圍是3.5％～4.5％，含量太低，強度較低，含量太高，塑性下降。

V：V在鈦合金中屬于β相穩定元素，可固溶強化β相，并可以降低相變點，增加淬透性，提高熱處理強化效果；含V的鈦合金不發生共析反應，在高溫下組織穩定性好，單獨加V時，合金耐熱性不高；本發明的V組分范圍是3.5％～4.5％，含量太低，強度較低，含量太高，塑性下降。

Nb：Nb在鈦合金中屬于β相穩定元素，可固溶強化β相，并可以降低相變點，增加淬透性，提高熱處理強化效果；本發明的Nb組分范圍是2.5％～3.5％，大量實驗研究表明，此時鈦合金在增材后強度較高的同時，塑性仍然很好。

Fe：Fe在鈦合金中屬于β相穩定元素，是最強的β相穩定元素之一，其固溶強化β相作用，提高鈦合金的塑性，但其熱穩定性較差，易產生偏析，因此鈦合金較少含Fe；本發明顯著提高了Fe的含量，使其控制在0.1％～0.2％范圍內，同時控制Si含量為0.1％～0.2％，在于Nb、Fe、Si三者的協同作用下，可以大幅度降低O對鈦合金性能的影響，Fe含量太低，強度較低，Fe含量太高，塑性下降。