專利名稱：一種高強度高塑性鈦合金的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鈦合金技術領域，具體地說是一種具有高強度高塑性鈦合金，并且生產加工成本較低。
背景技術：
鈦及鈦合金因具有比強度高、耐蝕、耐熱性強等許多優(yōu)點，在各個領域中的應用也越加廣泛。特別是一些特定的行業(yè)對高強度鈦合金的需求和要求都在不斷提高。目前單純靠合金化強化的鈦合金，其室溫拉伸強度一般不超過110公斤力/毫米2，如果需要更高強度的結構鈦合金，則須發(fā)展可熱處理強化的鈦合金。典型的熱處理強化α+β型鈦合金 Ti-6A1-4V、BT14、BT23，近亞穩(wěn)定β型鈦合金ΒΤ22、Ti-10V-2Fe_3Al，亞穩(wěn)定β型鈦合金 ΒΤ15、Ti-8-8-2-3和Ti_3-8-6-4_4 ( β c),強化處理后拉伸強度都可達120公斤力/毫米2 以上，最高有可能達到拉伸強度180公斤力/毫米2，但普遍塑性很低，合金組分較多，加工成本偏高。出于應用領域拓展的需要，進一步提高合金的強度并降低成本成為其重要的發(fā)展趨勢。通常情況下，提高金屬材料的強度會帶來材料塑性的損失或成本的提高。增加合金中的β穩(wěn)定元素是提高強度的有效方法之一。一方面β穩(wěn)定元素可以起到固溶強化的作用，另一方面可保留較多的亞穩(wěn)定β相以便在時效時分解從而提高析出強化效果。考慮成本因素，共析型的β穩(wěn)定元素狗比同晶型的Mo、V、Nb更有優(yōu)勢，而且其β穩(wěn)定作用也更強，但是該類元素與鈦及添加Al的鈦形成的二元或三元系中，存在共析轉變，在含量高時有可能生成化合物相，引起脆性。由于^ 屬于鈦的同族元素，與鈦可以形成α和β 連續(xù)固溶體，對于鈦材本身的金相組織，晶粒晶格結構不會產生任何影響，并且有著細化晶粒，提高塑性及韌性作用。至于合金加入量和加入方式則需要根據性能、成本、加工性的匹配來決定。Si元素具有抗高溫氧化的作用，并有增加強度的效果，但Si元素不可添加過多， 因Si含量高時會產生硅化物脆性，反而影響材料質量，因此控制在0. 05-0. 20%之間，保證材料性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對克服鈦合金在保持高強度的同時塑性不穩(wěn)定的不足，提供一種生產成本低，并且在保證合金高強度的情況下仍具有較高塑性的高強度高塑性鈦合金。本發(fā)明采用的技術方案是一種高強度高塑性鈦合金，其特征是該合金成份的重量百分比組成為:A1 5. 8 % -6. 3%, Fe :1. 5 % -2. 0 %, Zr :0. 07 % -0. 30%, Si 0. 05-0. 20%，余量為Ti和不可避免的雜質。本發(fā)明還包括所述高強度高塑性指合金是指經簡單退火后的抗拉強度彡lOOOMpa，延伸率彡12%。本發(fā)明的合金采用海綿鈦、純鋯粉、純鋁、純鐵屑按上述設計成份混合壓制電極， 用常規(guī)真空自耗電弧爐二次熔煉鑄成合金錠。
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合金錠在950°C -1000°C溫度下開坯鍛造，成品加工溫度控制在800°C _900°C，合金成品經720°C _790°C退火后使用。加工溫度相對較低，可顯著降低加工成本。本發(fā)明具有以下優(yōu)點由于添加少量具有細化晶粒組織的^ ，這樣與鈦可以形成 α和β連續(xù)固溶體。該合金在保證高強度的情況下具有較高的塑性，由于用狗取代貴金屬V，成本大大低于Ti-6A1_4V合金，少量Si元素提高強度及抗氧化性能，合金的加工性良好，加工工藝環(huán)節(jié)簡單，加工成本低，易于生產，適用了各應用領域對低成本高強度高塑性鈦合金的要求。下面將通過實例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但下述的實例僅僅是本發(fā)明其中的例子而已，并不代表本發(fā)明所限定的權利保護范圍，本發(fā)明的權利保護范圍以權利要求書為準。
具體實施例方式實施例1 合金的成份為Τ -6Α1-1. 7Fe-0. IZr-O. ISi，即按重量百分比計為Al 6. 0%,Fe :1. 7%, Zr 0. 1%, Si :0. 1%，余量為Ti和不可避免的雜質。原料配比按重量百分比計為純鐵屑1.7<%，鋁豆6.0%，鋁硅合金0.1(%，純鋯粉 0. 1%，1級海綿鈦92. 2%0①合金錠在1000°C溫度下開坯鍛造，成品軋制溫度控制在900°C，合金板材經 7900C /空冷處理，合金成品板材的機械性能為σ b :1150MPa, σ α2 :1120MPa, δ :16%, Ψ 50%。②合金錠在1000°C溫度下開坯鍛造，成品軋制溫度控制在880°C，合金板材經 7500C /空冷處理，合金成品板材的機械性能為σ b :1080MPa, σ 0 2 :1040MPa, δ :14%, Ψ 40%。實施例2 合金的成份為Ti-5. 8Al-2Fe-0. 12Zr-0. ISi，即按重量百分比計為Al
5.8%, Fe :2. 0%, Zr :0. 12%, Si :0. 1%，余量為Ti和不可避免的雜質。原料配比按重量百分比計為純鐵屑2. 0%，鋁豆5.8%，鋁硅合金0. 1%，純鋯粉 0. 12%,1 級海綿鈦 92. 08%。①合金錠在1000°C溫度下開坯鍛造，成品棒材軋制溫度控制在900°C，合金棒材經7500C /空冷處理，合金成品棒材的機械性能為σ b :1060MPa, σ 0 2 :1050MPa, δ :14%, Ψ :45%。②合金錠在1000°C溫度下開坯鍛造，成品絲材加工溫度控制在880°C，合金絲材經7500C /空冷處理，合金成品絲材的機械性能為σ b :1030MPa, σ 0 2 :1000MPa, δ :15%, Ψ :45%。實施例3 合金的成份為Ti-6. 3Al-2Fe-0. 15Zr-0. ISi,即按重量百分比計為Al
6.3%, Fe :2. 0%, Zr :0. 15%, Si :0. 1%，余量為Ti和不可避免的雜質。原料配比按重量百分比計為純鐵屑2. 0%，鋁豆6.3%，鋁硅合金0. 1%，純鋯粉 0. 15%，1 級海綿鈦 92. 2%0①合金錠在1000°C溫度下開坯鍛造，成品軋制溫度控制在900°C，合金板材經 7900C /空冷處理，合金成品板材的機械性能為σ b :1150MPa, σ α2 :1120MPa, δ :12%, Ψ 30%。
②合金錠在1000°C溫度下開坯鍛造，成品棒材軋制溫度控制在900°C，合金棒材經7500C /空冷處理，合金成品棒材的機械性能為σ b =IllOMPa, σ 0 2 :1070MPa, δ 12%, Ψ :；35%。實施例4 合金的成份為Ti-6. 1A1-1. 5Fe_0. 13Zr_0. ISi，即按重量百分比計為 Al 6. 1%, Fe :1. 5%, Zr :0. 20%, Si :0. 1%，余量為 Ti 和不可避免的雜質。原料配比按重量百分比計為純鐵屑1. 4%，鋁豆6.3%，鋁硅合金0. 1%，純鋯粉 0. 15%，2 級海綿鈦 92. 15%。①合金錠在1000°C溫度下開坯鍛造，成品軋制溫度控制在900°C，合金板材經 7900C /空冷處理，合金成品板材的機械性能為σ b :1090MPa, σ 0 2 :1040MPa, δ :14%, Ψ 40%。②合金錠在1000°C溫度下開坯鍛造，成品棒材軋制溫度控制在900°C，合金棒材經7500C /空冷處理，合金成品棒材的機械性能為σ b =IllOMPa, σ 0 2 :1050MPa, δ 14%, Ψ :40%。實施例5 合金的成份為Ti-5. 8A1-1. 7Fe_0. 08Zr-0. ISi，即按重量百分比計為 Al 5. 8%, Fe :1. 7%, Zr :0. 30%, Si :0. 1%，余量為 Ti 和不可避免的雜質。原料配比按重量百分比計為純鐵屑1. 6%，鋁豆5.8%，鋁硅合金0. 1%，純鋯粉 0. 08%, 2 級海綿鈦 92. 52%。①合金錠在1000°C溫度下開坯鍛造，成品棒材軋制溫度控制在850°C，合金棒材經8000C /空冷處理，合金成品棒材的機械性能為σ b :1090MPa, σ 0 2 :1080MPa, δ :13%, Ψ :30%。②合金錠在1000°C溫度下開坯鍛造，成品絲材加工溫度控制在850°C，合金絲材經770°C /空冷處理，合金成品絲材的機械性能為σ b =IOlOMPa, σ α2 :940MPa, δ 12%,
Ψ :邪％。實施例6 合金的成份為Ti-6A1_1. 8Fe-0. 07Zr-0. ISi,即按重量百分比計為Al 6. 0%, Fe 1. 8%, Zr :0. 07%, Si :0. 1%，余量為Ti和不可避免的雜質。原料配比按重量百分比計為純鐵屑1. 72%，鋁豆6.0%，鋁硅合金0. 1%，純鋯粉 0. 07%,2 級海綿鈦 92.21%。①合金錠在1000°C溫度下開坯鍛造，成品軋制溫度控制在850°C，合金板材經 7700C /空冷處理，合金成品板材的機械性能為σ b :1040MPa, σ 0 2 =IOOOMPa, δ :17%, Ψ 40%。②合金錠在1000°C溫度下開坯鍛造，成品絲材加工溫度控制在800°C，合金絲材經770°C /空冷處理，合金成品絲材的機械性能為σ b :1020MPa, σ α2 :980MPa, δ :12%, Ψ :30%。高爾夫球頭材料力學性能及炮擊試驗對比表
權利要求
1.一種高強度高塑性鈦合金，其特征是該鈦合金成份及其重量百分比為A1 5. 8% -6. 3%, Fe 1. 5% -2. 0%, Zr :0. 07% -0. 30%, Si :0. 05-0. 20%，不可避免的雜質 ^ 0. 1%，余量為金屬Ti。
2.根據權利要求1所述的高強度高塑性鈦合金，其特征是所述高強度高塑性是指合金經簡單退火后的抗拉強度彡lOOOMpa，延伸率彡12%。
3.根據權利要求1所述的高強度高塑性鈦合金，其特征是本發(fā)明的加工方法是采用海綿鈦、純鋯粉、純鋁、純鐵屑按上述的重量百分比成份混合壓制電極，用常規(guī)真空自耗電弧爐二次熔煉鑄成合金錠；所述的合金錠在950°C -1000°C溫度下開坯鍛造，成品加工溫度控制在800°C _900°C，合金成品經720°C _790°C退火后成為鈦合金成品。
全文摘要
一種高強度高塑性鈦合金，其技術要點是它包括以金屬鈦為主要成份，再加入少量的金屬鋁，金屬鐵，金屬鋯，硅元素，以及不可避免的雜質所組成。由于添加少量具有細化晶粒組織的Zr，這樣與鈦可以形成α和β連續(xù)固溶體。該合金在保證高強度的情況下具有較高的塑性，由于用Fe取代貴金屬V，成本大大低于Ti-6Al-4V合金，少量Si元素提高強度及抗氧化性能，合金的加工性良好，加工工藝環(huán)節(jié)簡單，加工成本低，易于生產，適用了各應用領域對低成本高強度高塑性鈦合金的要求。
文檔編號C22C14/00GK102154576SQ20111010031
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權日2011年4月21日
發(fā)明者張軍 申請人:遼寧峰閣鈦業(yè)集團有限公司