本發(fā)明涉及有色冶金，即涉及鈦合金的開發(fā)，由于鈦合金的有利性質(zhì)，它們不僅可用于傳統(tǒng)應(yīng)用例如國防工業(yè)，而且還可用于民用，例如汽車、化學(xué)工業(yè)、機(jī)器制造和動力工程等。
背景技術(shù)：
：已知用于昂貴的摻混組分的支出達(dá)到鈦錠成本的總生產(chǎn)成本的75－85％。用于鈦合金的原料是經(jīng)由鎂熱法制備的海綿鈦。在俄羅斯存在六種已知級別的海綿鈦：tg-90,tg-100,tg-110,tg-120,tg-130,tg-150,tg-tv，其中在俄羅斯tg代表海綿鈦，tv代表硬的并且數(shù)字代表布氏硬度。在表1中給出了它們的化學(xué)組成。表1使用海綿鈦tg－tv用于熔煉鈦合金是受限的，這是由臨界濃度的有害雜質(zhì)例如氧、氮、碳、鐵、硅(其與鈦反應(yīng)以形成間隙固溶體和金屬件化合物相的合金，這顯著劣化鈦的塑性和可加工性)所致。這些雜質(zhì)對由鈦制成的合金的性質(zhì)具有顯著的影響，當(dāng)做摻混式計(jì)算時(shí)應(yīng)該考慮這一點(diǎn)以確保所需水平的力學(xué)性質(zhì)。通過為了用于海綿生產(chǎn)的鎂熱法而設(shè)計(jì)的硬件的細(xì)節(jié)來解釋低級別的海綿的產(chǎn)生。在容器壁和底部附近形成具有增加的雜質(zhì)含量的海綿。通常將這種海綿鈦隔離并且受限地用于鈦錠熔煉或用于有色冶金中。這樣的海綿的產(chǎn)率為6－12％。高級別的海綿的價(jià)格比低級別的海綿的價(jià)格高出一半(或甚至更多)。低級別海綿鈦、特別是tg－tv級別的使用是對于鈦合金而言實(shí)施的降低成本的努力的最有效的解決方案之一。存在已知的鈦合金，其按重量百分比計(jì)由以下組成：0.5至3.5鐵、0.05至0.95氧、0至0.5鉻、0至3.5鋁、0至3釩、0至0.3碳、0至0.2硅、0至0.1錳、0－0.3鎳、0至0.2氮，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)(專利jp11036029，ipcc22c14/00，公開日02.09.1999)。該樣品的缺點(diǎn)包括低延展性和昂貴的合金化元素－釩和錳的存在。存在已知的高強(qiáng)度、高延展性鈦合金，其按重量百分比計(jì)由以下組成：0.9至2.3鐵，最多0.05氮和氧，氧的濃度通過氧當(dāng)量q(等于0.34－1.0)的值來控制，q根據(jù)下式來計(jì)算：q＝o+2.77n+0.1fe，其中o是氧濃度(wt％)，n是氮濃度(wt％)，且fe是鐵濃度(wt％)，這里鈦合金的拉伸強(qiáng)度為至少700mpa并且百分比延伸率為至少15％。fe可部分被cr和ni替代?？梢砸蕴蓟虿讳P鋼的形式向該合金添加這些元素，或者可用含有這些元素的海綿鈦來引入它們(rf專利#2117065,ipcc22c14/00,公開日10.08.1998)－樣品。這種合金的缺點(diǎn)是其由于低耐熱性所致的不足的應(yīng)用靈活性，對于氮濃度的嚴(yán)格要求，其限制了可被引入摻混物中的低級別海綿的量(例如海綿鈦tg－tv中氮的濃度為至多0.1％)。詳細(xì)描述本發(fā)明的目的是開發(fā)具有比現(xiàn)存的可出售的合金更低的成本并且具有基于所要求水平的物理、力學(xué)和加工性質(zhì)而選擇的合金組成的鈦基合金。本發(fā)明的技術(shù)效果是提供有競爭力的鈦合金，其：1.具有確保的穩(wěn)定且可預(yù)測的性質(zhì)。2.使用低級別海綿鈦生產(chǎn)。借助于具有可預(yù)測的性質(zhì)的經(jīng)濟(jì)地合金化的鈦合金來實(shí)現(xiàn)該技術(shù)效果，該鈦合金由鐵、氧、氮、鉻、鎳組成并且額外包含碳、鋁和硅，且具有以下比例的合金組分：這里合金化元素包括雜質(zhì)(其為低級別海綿的成分)和單獨(dú)引入的合金化添加物，合金化元素的重量百分比相互關(guān)聯(lián)并且使用強(qiáng)度當(dāng)量：鉬和鋁的簡化的和，基于可預(yù)測的百分比延伸率δ選擇它們的組成，化學(xué)元素在內(nèi)變化，這取決于化學(xué)組成和可獲得的裝入料。這里鉬和鋁強(qiáng)度當(dāng)量通過以下比例來定義：該合金具有以下的值：－5至10－主要用于焊接組件的合金，－10至18－主要用于扁平軋材的合金，－18至22－主要用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的合金。當(dāng)配制摻混物時(shí)，可根據(jù)下式額外預(yù)測和調(diào)整拉伸強(qiáng)度：本發(fā)明的屬性是低級別海綿的有效使用，其固有雜質(zhì)用作有效的合金化元素。合金將僅在它們具有穩(wěn)定的目標(biāo)特性時(shí)具有實(shí)際價(jià)值。統(tǒng)計(jì)學(xué)觀察證實(shí)了低級別海綿的特征在于化學(xué)元素的濃度的大變化，其自動地導(dǎo)致使用這種海綿熔煉的合金的結(jié)構(gòu)和加工特性的大變化。在這種情況下，為了確保由低級別海綿制成的可出售的鈦合金的穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和加工特性，廣泛使用的通過化學(xué)組成控制性質(zhì)的方法將是不足的。應(yīng)該存在配制具有可預(yù)測的性質(zhì)的可出售的產(chǎn)品的更精確的方法，其會促進(jìn)這些合金的性質(zhì)的控制。如已知的，氧、氮、碳以與鋁相似的方式充當(dāng)α相強(qiáng)化劑和穩(wěn)定劑。與此同時(shí)，合金中這些元素的濃度應(yīng)當(dāng)被限制到某些值(0.5％的o、0.1％的n、0.1％的c)，這是因?yàn)橛捎诤辖鹬杏行蛳嗬鐃io相的產(chǎn)生，更高的濃度導(dǎo)致塑性性質(zhì)的急劇惡化。由于滑移面的數(shù)目的急劇減少，后者急劇地改變材料變形機(jī)制。這些元素是間隙雜質(zhì)。在含有大于5wt％的al的傳統(tǒng)鈦合金中也可察覺到類似的現(xiàn)象，僅在這種情況下，合金脆性歸因于tial相的產(chǎn)生。鈦海綿還包含置換雜質(zhì)(fe,ni,cr,si)。應(yīng)該注意到間隙雜質(zhì)對性質(zhì)的影響比置換雜質(zhì)強(qiáng)十倍。為了增加耐熱性，額外用鋁對該合金進(jìn)行合金化。所要求保護(hù)的合金的關(guān)鍵性質(zhì)是它的塑性，其由百分比延伸率δ充分表征。而δ與合金化學(xué)組成直接相關(guān)，該合金化學(xué)組成可以以強(qiáng)度當(dāng)量：鉬和鋁的簡化的和表示：強(qiáng)度當(dāng)量的簡化的和經(jīng)由以下關(guān)系式表示：可通過按照以下關(guān)系式改變化學(xué)元素的比例和鉬和鋁強(qiáng)度當(dāng)量的值容易地完成可預(yù)測的合金的配制：另外，可按照以下關(guān)系式預(yù)測和控制所要求保護(hù)的合金的強(qiáng)度性質(zhì)：鋁的元素當(dāng)量強(qiáng)化了鈦合金，主要是固溶強(qiáng)化和β穩(wěn)定劑(由增加量的較強(qiáng)β相所致)的結(jié)果。用于焊接組件的合金具有5至10的并且特征在于良好的可焊接性。合金化元素的增加的濃度將導(dǎo)致硬度的過度增加和變形能力的降低，其可引起在焊接期間裂紋的產(chǎn)生。力學(xué)性質(zhì)：σ＝580-750mpa,延伸率δ≥18％。用于扁平軋材的合金具有10至18的力學(xué)性質(zhì)：σ＝800-1000mpa,延伸率δ≥10％。用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的合金具有18至22的力學(xué)性質(zhì)：σ＝1000-1300mpa,延伸率δ≥5％。氧增加鈦的強(qiáng)度和硬度。在低濃度(至0.2％)的范圍內(nèi)，每百分之0.01的氧增加極限拉伸強(qiáng)度大約12.5mpa。氧在低濃度(至0.2％)的范圍中氧將鈦的塑性性質(zhì)從40降低到27％。在0.2－0.5％的范圍內(nèi)其對塑性性質(zhì)具有較小影響(減少是從27降低到17－20％)，這里塑性仍保持在可接受的水平。在更高的氧濃度(超過0.7wt％)鈦喪失其塑性變形能力。用于將提出的合金合金化的氧的優(yōu)化范圍在0.1和0.5％之間。氮是比氧強(qiáng)的強(qiáng)化劑。每百分之0.01的氮增加極限拉伸強(qiáng)度幾乎20mpa。氮也對塑性行為具有較強(qiáng)的影響，該合金在0.45至0.48％的氮水平下變得脆性。當(dāng)?shù)獫舛葹?.1％時(shí)，δ的值在20％內(nèi)。低濃度(至0.15％)的碳與氧和氮作用相似，但是它是不太有力的強(qiáng)化劑：當(dāng)碳濃度增加0.01％時(shí)，合金強(qiáng)度增加5－6mpa。當(dāng)以超過0.1％的濃度存在于合金中時(shí)，碳不會強(qiáng)化金屬很多，然而其劣化塑性和韌性。幾乎在所有商業(yè)合金中使用的鋁，改進(jìn)鈦的強(qiáng)度和耐熱性行為。每百分之0.01的鋁增加極限拉伸強(qiáng)度大約0.6mpa。當(dāng)鋁濃度為至多4％時(shí)，δ的值是在15－20％內(nèi)。鈦中作為合金化元素的鐵是共析β穩(wěn)定劑，其降低β轉(zhuǎn)變溫度；鐵還在環(huán)境溫度下強(qiáng)化鈦。每百分之0.01的鐵增加極限拉伸強(qiáng)度大約0.75mpa。以在0.3和3.0％之間的濃度向該合金添加鐵，通過降低在該合金的熱加工期間的耐變形性來增加β相的體積分?jǐn)?shù)，這有助于避免缺陷例如裂紋的產(chǎn)生。當(dāng)鐵濃度超過上限時(shí)，在錠凝固期間可發(fā)生過度的溶體偏析，這將影響力學(xué)行為。以0.3－3.0％內(nèi)的濃度的fe對塑性沒有顯著影響。所要求保護(hù)的合金包含少量的β穩(wěn)定化元素：鉻、鎳和硅，它們在合金中的量通過低級別海綿鈦的濃度來限定。每百分之0.01的鉻增加極限拉伸強(qiáng)度大約0.65mpa，每百分之0.01的鎳增加極限拉伸強(qiáng)度0.5mpa，每百分之0.01的硅增加極限拉伸強(qiáng)度2mpa。cr和ni濃度的上限是1％，si濃度的上限是0.3％。在這些濃度內(nèi)，它們對百分比延伸率的影響可忽略不計(jì)。應(yīng)該注意到鎳在該合金中的存在增強(qiáng)耐腐蝕性，而硅增強(qiáng)耐熱性。鐵、鉻、鎳和硅是置換元素并且增加合金強(qiáng)度。它們在所要求保護(hù)的范圍內(nèi)的濃度允許引入低級別海綿鈦用于摻混同時(shí)維持該合金的所要求保護(hù)的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)部分通過以下示例性方案證實(shí)了本發(fā)明的工業(yè)可適用性。實(shí)施例1.主要用于焊接組件的合金。熔煉不同化學(xué)組成的兩個(gè)錠(每個(gè)稱重23kg)以用于所要求保護(hù)的合金的性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)測試。通過使用達(dá)到98％的tg－tv級別的可獲得的海綿鈦二次熔煉來制備錠。鍛造經(jīng)熔煉的錠并且軋制以產(chǎn)生30－32mm直徑的棒。在退火(730℃，均熱1小時(shí)，空冷)之后進(jìn)行力學(xué)測試。所要求的百分比延伸率δ值相應(yīng)地為18％和22％。按照上面的計(jì)算配制摻混物，在表2中給出其結(jié)果。表2在表3中給出了合金的化學(xué)組成。表3組成oncalfecrsini10.210.030.022.320.650.10.0150.0820.120.020.0151.080.310.540.020.11在表4中給出了強(qiáng)度當(dāng)量的簡化的和實(shí)際和計(jì)算的百分比延伸率，實(shí)際和計(jì)算的拉伸強(qiáng)度。表4實(shí)施例2.主要用于扁平軋材的合金?；谒璧陌俜直妊由炻适褂胻g－tv級別的可獲得的海綿鈦、鋁、鋼st3和金紅石配制化學(xué)組成。通過二次熔煉生產(chǎn)錠并且將其轉(zhuǎn)變成軋件以生產(chǎn)薄軋制片材(規(guī)格2mm)且隨后退火。對于兩種不同的應(yīng)用而言所需的百分比延伸率δ相應(yīng)地為10％和17％。按照上面的計(jì)算配制摻混物，在表5中給出了其結(jié)果。表5在表6中給出了錠的化學(xué)組成。表6組成oncalfecrsini30.20.030.022.972.91.080.010.540.10.020.0152.042.00.570.020.3在表7中給出了強(qiáng)度當(dāng)量的簡化的和實(shí)際和計(jì)算的百分比延伸率，實(shí)際和計(jì)算的拉伸強(qiáng)度。表7采取一個(gè)片材用于周期性測試(按照ams4911的要求)以確定彎曲角度。在表8中給出了測試結(jié)果。表8試樣號采樣方向彎曲角度,芯軸10t彎曲角度,芯軸9t3l117/180117/1804l111/180111/1803lt117/180117/1804lt111/180111/180實(shí)施例3.主要用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的合金。與實(shí)施例1中的試樣類似地制作測試試樣。所需的百分比延伸率δ值相應(yīng)地為5％和7％。按照上面的計(jì)算配制摻混物，在表9中給出了其結(jié)果。表9在表10中給出合金的化學(xué)組成。表10組成oncalfecrsini50.40.060.032.982.850.880.020.5160.30.040.022.961.530.560.030.31在表11中給出了強(qiáng)度當(dāng)量的簡化的和實(shí)際和計(jì)算的百分比延伸率，實(shí)際和計(jì)算的拉伸強(qiáng)度。表11如從上述實(shí)施例看出的，根據(jù)本發(fā)明的低成本鈦合金的生產(chǎn)解決了引入低級別海綿以生產(chǎn)具有所需的加工和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的最終產(chǎn)品的問題。因此，本發(fā)明確保了工業(yè)應(yīng)用的高效率。應(yīng)該理解，本說明書公開了出于其清楚理解而要求的本發(fā)明的那些方面。本發(fā)明的對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將會是顯而易見并且因此不會促進(jìn)本發(fā)明的理解的一些方面沒有公開，以便簡化本發(fā)明的描述。盡管呈現(xiàn)了本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，閱讀了所提供的描述的普通技術(shù)人員將清楚地理解可對本發(fā)明做出許多改變和變化。本發(fā)明的所有這樣的變化和改變應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為落入上面的描述和所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁12