專利名稱：Ti5Mo5V2Cr3Al合金的加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鈦合金的加工工藝，具體而言，涉及Ti5Mo5V2Cr3Al鈦合金 形變熱處理的加工工藝。
背景技術(shù)：
Ti5Mo5V3Al-XCr系鈦合金是我國自主研發(fā)的一類系列合金，由于其高 強(qiáng)度和高韌性的特性，能夠廣泛地應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。其中 Ti5Mo5V2Cr3Al合金是在Ti5Mo5V8Cr3Al鈦合金基礎(chǔ)上研制成功的一種近B 型鈦合金，由于具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高延性、優(yōu)異的抗沖擊性能和斷裂韌性 以及良好的鍛造性能和機(jī)械加工性能，適合于制造飛機(jī)的起落架及其他航空 航天用大型鍛件。
Ti5Mo5V2Cr3Al合金主要合金元素含量(wt%)為Mo: 4.5%~5.7%; V: 4.5-5.7%; Cr: 1.5%~2.5%;A1: 2.5%~3.5%;余量為鈦。在常規(guī)加工工藝中，通 常采用時(shí)效處理以提高合金強(qiáng)度。但在強(qiáng)度提高的同時(shí)合金的斷面收縮率會(huì) 下降。我們知道，斷面收縮率是決定合金性能的重要指標(biāo)，高的斷面收縮率 可以使合金在高強(qiáng)狀態(tài)下具有優(yōu)良的冷變形性能，可以抵抗裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò) 展，因而使合金具有高的沖擊韌性、斷裂韌性和抗疲勞性能。因此，通過改 進(jìn)加工工藝，使處理后的合金在提高強(qiáng)度的同時(shí)減少斷面收縮率的損失成為 本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的研究人員在改進(jìn)Ti5Mo5V2Cr3Al合金加工工藝的研究中意外 地發(fā)現(xiàn)，通過選擇特定的熱變形工藝條件可以使鈦合金在時(shí)效后出現(xiàn)強(qiáng)度提 高的同時(shí)斷面收縮率也提高的反?，F(xiàn)象。經(jīng)此工藝加工后的Ti5Mo5V2Cr3Al 合金具有極高的強(qiáng)度和韌性。由此提出本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種Ti5Mo5V2Cr3Al鈦合金的加工工藝，其包括如下步驟
1. 鍛坯下料后，在鍛機(jī)上于780 1050。C鍛造，變形量^60%;
2. 在軋機(jī)上于700 95(TC熱軋，軋制變形量270%;3. 480 58(TC時(shí)效1 8小時(shí)，空冷至室溫。
本發(fā)明的Ti5Mo5V2Cr3Al鈦合金的加工工藝，其中鈦合金的主要合金元 素含量(wt%)為Mo: 4.5%~5.7%; V: 4.5%~5.7%; Cr: 1.5%~2.5%; Al: 2.5%~3.5%;余量為鈦。
本發(fā)明的Ti5Mo5V2Cr3Al鈦合金的加工工藝，其中軋制后合金的棒的直 徑《60mm。
本發(fā)明的有益效果在于，經(jīng)本發(fā)明方法處理后的Ti5Mo5V2Cr3Al鈦合 金，與強(qiáng)度升高的同時(shí)(1300MPa 1420MPa)，拉伸延性保持不變，而斷面 收縮率明顯提高。因此采用本發(fā)明加工工藝制造的Ti5Mo5V2Cr3Al鈦合金具 有可鍛性能良好、強(qiáng)化能力強(qiáng)、高強(qiáng)狀態(tài)延性性能好的特點(diǎn)。
具體實(shí)施方式

以下將詳細(xì)描述本發(fā)明。
本發(fā)明的Ti5Mo5V2Cr3Al鈦合金加工工藝中采用了形變處理結(jié)合鍛后 直接時(shí)效的熱處理工藝，得到了綜合性能較佳的合金棒材。 一方面，在接近 于相變點(diǎn)(約815'C)的溫度熱軋以獲得較大的形變，對(duì)組織起到細(xì)化作用， 可以改善合金的塑性和韌性。另一方面，鍛態(tài)直接時(shí)效對(duì)本發(fā)明的鈦合金有 很大的硬化能力，隨時(shí)效溫度的升高，合金的硬度呈線性降低，4S0 58(TC 時(shí)效對(duì)應(yīng)的顯微硬度值HV為250 400。另外，Ti5Mo5V2Cr3Al具有較強(qiáng)的 時(shí)效硬化能力，54(TC以下時(shí)效，合金強(qiáng)度在1300Mpa以上，達(dá)到超高強(qiáng)度 水平，但面縮率較低。時(shí)效溫度達(dá)58(TC，強(qiáng)度仍然可達(dá)1200Mpa級(jí)，而相 應(yīng)面縮率較高。
以下結(jié)合實(shí)施例具體說明，但本發(fā)明并不限于該實(shí)施例。 實(shí)施例1
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo: 4.8; V: 4.9; Cr: 1.81; Al: 3.1; Fe:0.11; C:0.008; N: 0.010; H:0.0015; O:0.10;余量為鈦。將配料 壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)兩次熔煉得到①380mm鑄錠。于105(TC鍛 造開坯，于90(TC經(jīng)3火次鍛成①40mm，在軋機(jī)上于85(TC熱軋至011.5mm 棒材。于54(TC，時(shí)效4小時(shí)，空冷至室溫。得到鈦合金樣品l。 實(shí)施例2
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo: 4.8; V: 4.9; Cr:1.53; Al: 3.1; Fe:0.11; C:0.008; N: 0.010; H:0.0015; O:0.10;余量為鈦。將配料 壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)兩次熔煉得到O380mm鑄錠。于IOO(TC鍛 造開坯，于90(TC經(jīng)2火次鍛成①40mm，在軋機(jī)上于80(TC熱軋至①11.5mm 棒材。于58(TC，時(shí)效4小時(shí)，空冷至室溫。得到鈦合金樣品2。 實(shí)施例3
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo: 4.8; V: 4.9; Cr: 2,48; Al: 3.1; Fe:0.11; C:0.008; N: 0.010; H:0駕5; O:0.10;余量為鈦。將配料 壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)兩次熔煉得到O380mm鑄錠。于105(TC鍛 造開坯，于95(TC經(jīng)3火次鍛成①40mm，在軋機(jī)上于85(TC熱軋至0 11.5mm 棒材。于540。C，時(shí)效4小時(shí)，空冷至室溫。得到鈦合金樣品3。 實(shí)施例4
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo: 4.8; V: 4.9; Cr: 1.81; Al: 3.1; Fe:O.U; C:0.008; N: 0.010; H:0.0015; O:0.10;余量為鈦。將配料 壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)兩次熔煉得到巾380mm鑄錠。于IOO(TC鍛 造開坯，于90(TC經(jīng)3火次鍛成①80mm，在軋機(jī)上于850。C熱軋至cD20mm 棒材。于56(TC，時(shí)效6小時(shí)，空冷至室溫。得到鈦合金樣品4。 實(shí)施例5
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo: 4.8; V: 4.9; Cr: 1.52; Al: 3.1; Fe:0.11; C:0.008; N: 0.010; H:0.0015; O:0.10;余量為鈦。將配料 壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)兩次熔煉得到巾380mm鑄錠。于1000"C鍛 造開坯，900。C經(jīng)2火次鍛成①80mm，在軋機(jī)上于800。C熱軋至①20mm棒 材。于54(TC，時(shí)效4小時(shí)，空冷至室溫。得到鈦合金樣品5。 實(shí)施例6
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt。/。)為Mo: 4.8; V: 4.9; Cr: 1.99; Al: 3.1; Fe:0.11; C:0.008; N: 0.010; H:0.0015; O:0.10;余量為鈦。將配料 壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)三次熔煉得到①500mm鑄錠。于1050。C鍛 造開坯，鍛成420mm方坯，于90(TC經(jīng)1火次鍛成①140mm，在軋機(jī)上于 85(TC熱軋至cIM0mm棒材。于540'C,時(shí)效6小時(shí)，空冷至室溫。得到鈦合 金樣品6。 實(shí)施例7
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo: 4.8; V: 4.9; Cr:2.49; Al: 3.1; Fe:0.11; C:0.008; N: 0.010; H:0細(xì)5; O:0.10;余量為鈦。將配料 壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)三次熔煉得到①500mm鑄錠。于105(TC鍛 造開坯，鍛成420mm方坯，于950。C經(jīng)1火次鍛成①140mm，在軋機(jī)上于 90(TC熱軋至①40mm棒材。于54(TC ，時(shí)效6小時(shí)，空冷至室溫。得到鈦合 金樣品7。 實(shí)施例8
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo: 4.8; V: 4.9; Cr: 2.02; Al: 3.1; Fe:0.11; C:0.008; N: 0.010; H:0.0015; O:0.10;余量為鈦。將配料 壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)三次熔煉得到O560mm鑄錠。于105(TC鍛 造開坯，鍛成220mm方坯，950。C經(jīng)2火次熱軋至①60mm棒材。于540。C， 時(shí)效6小時(shí)，空冷至室溫。得到鈦合金樣品8。 實(shí)施例9
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo: 4.8; V: 4.9; Cr: 1.52; Al: 3.1; Fe:0.11; C:0.008; N: 0.010; H:0.0015; O:0.10;余量為鈦。將配料 壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)三次熔煉得到①560mm鑄錠。于105(TC鍛 造開坯，鍛成220mm方坯，95(TC經(jīng)2火次熱軋至O60mm棒材。于580'C， 時(shí)效6小時(shí)，空冷至室溫。得到鈦合金樣品9。 比較例1
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo: 4.8; V: 4.9; Cr: 1.81; Al: 3.1; Fe:0.11; C:0.008; N: 0.010; H:0.0015; O:0.10;余量為鈦。將配料 壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)兩次熔煉得到①230mm鑄錠。于105(TC鍛 造開坯，經(jīng)兩火鍛至①40mm棒材，于85(TC經(jīng)熱軋至①20mm棒材。54CTC 時(shí)效4小時(shí)，空冷至室溫。得到鈦合金比較樣品l。 比較例2
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo: 4.8; V: 4.9; Cr: 1.81; Al: 3.1; Fe:0.11; C:0.008; N: 0.010; H:0.0015; O:0.10; 余量為鈦。將配 料壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)兩次熔煉得到①230mm鑄錠。于1050°C 鍛造開坯，經(jīng)兩火鍛至O40mm棒材，于85(rC經(jīng)熱軋至①20mm棒材。560 'C時(shí)效6小時(shí)，空冷至室溫。得到鈦合金比較樣品2。 比較例3
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt°/。)為Mo: 4.8; V: 4.9; Cr:1.99; Al: 3.1; Fe:0.11; C:0.008; N: 0.010; H:0.0015; O:0.10;余量為鈦。將配料 壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)三次熔煉得到①380mm鑄錠。于1050。C鍛 造開坯，鍛成220mm方坯，于950。C經(jīng)2火次鍛成(D120mm，在軋機(jī)上于 85(TC熱軋至①40mm棒材。76(TC固溶，空冷至室溫。得到鈦合金比較樣品 3。
比較例4
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt°/。)為Mo: 4.8; V: 4.9; Cr: 2.02; Al: 3.1; Fe:O.U; C:0.008; N: 0.010; H:0細(xì)5; O:0.10; 余量為鈦。將酉己 料壓制成電極。在真空自耗電爐經(jīng)三次熔煉得到①420mm鑄錠。于1050°C 鍛造開坯，鍛成300mm方坯，950'C經(jīng)3火次鍛成①60mm棒材。760'C固溶， 空冷至室溫。得到鈦合金比較樣品4。 實(shí)施例10鈦合金的強(qiáng)度及拉伸性能實(shí)驗(yàn)
將樣品1-9及比較樣品1-4加工成①5mm的常規(guī)拉伸試樣。試驗(yàn)在 AG50KNE試驗(yàn)機(jī)上完成。鈦合金的強(qiáng)度及拉伸性能如表1所示。
表1
6b MPaG0.2 MPa55%平％E GPaKlcMpam1/2
樣品l1400137015.063.011344.0
樣品21260123018.067.010761.0
樣品31380134013.062.010745.5
樣品41320127016.065.011344
樣品51370132014.563,011245.0
樣品61300125013.062.0--
樣品71310126016.068.0--
樣品8138013207.524.511360
樣品9137013007.523.511470
比較l1340-9.035.5一-
比較21280一10.040.0--
比較3930620185971.9-
比較4960915185676.3-
比較表1中的數(shù)據(jù)可知，Ti5Mo5V2Cr3Al鈦合金材料經(jīng)大的熱變形處理 后，棒材的斷面收縮率有較大的提高；經(jīng)時(shí)效后，材料的抗拉強(qiáng)度有大幅度
7的增加(達(dá)到1260 1400MPa)，同時(shí)斷面收縮率也有較大的提高。經(jīng)本發(fā) 明工藝處理的Ti5Mo5V2Cr3Al鈦合金，在強(qiáng)度升高的同時(shí)，拉伸延性保持不 變，而斷面收縮率明顯提高(011.5mm棒材的斷面收縮率達(dá)到63X 67X; O20mm棒材的斷面收縮率達(dá)到62% 65%;①40mm棒材的斷面收縮率達(dá) 到62% 68%;①60mm棒材的斷面收縮率達(dá)到23% 25%),實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng) 度和高韌性的較好匹配。
權(quán)利要求
1. 一種Ti5Mo5V2Cr3Al鈦合金加工工藝，包括如下步驟(1)將鍛坯下料后，在鍛機(jī)上于780～1050℃錘鍛，變形量≥60％；(2)在軋機(jī)上于700～950℃熱軋，軋制變形量≥70％；(3)480～580℃時(shí)效1～8小時(shí)，空冷至室溫。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金加工工藝，其中所述鈦合金的主要合金 元素含量(wt°/。)為:Mo: 4.5% 5.7°/。； V: 4.5 5.7%; Cr: 1.5°/。~2.5°/。； Al: 2.5% 3.5%;余量為鈦。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金加工工藝，其中所述軋制變形后合金的 棒的直徑《60mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鈦合金的加工工藝，具體而言，提供一種Ti5Mo5V2Cr3Al鈦合金的加工工藝，其包括如下步驟1.鍛坯下料后，在鍛機(jī)上于780～1050℃鍛造，變形量≥60％；2.在軋機(jī)上于700～950℃熱軋，軋制變形量≥70％；3.480～580℃時(shí)效1～8小時(shí)，空冷至室溫。其中鈦合金的主要合金元素含量(wt％)為Mo4.5％～5.7％；V4.5～5.7％；Cr1.5％～2.5％；Al2.5％～3.5％；余量為鈦。軋制后合金的棒的直徑≤60mm。使用本發(fā)明加工工藝制造的鈦合金由于其較好的高強(qiáng)度和高韌性匹配特性可用于制造飛機(jī)的起落架及其他航空航天用大型鍛件。
文檔編號(hào)B21J1/06GK101543948SQ200810102998
公開日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者明 余, 崔雪飛, 翥 張, 陳海珊 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院