專利名稱：：一種含硅的鈦合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鈦合金，特別涉及一種含硅的鈦合金。
背景技術(shù)：
：理論計算表明在僅考慮強(qiáng)度的前提條件下，鈦合金替代超高強(qiáng)度鋼，抗拉強(qiáng)度達(dá)1300MPa時，可減重11%;達(dá)1500MPa時，可減重23y。；達(dá)1800MPa時，可減重36%。因而，針對各種具體應(yīng)用的特點(diǎn)，提高鈦合金的強(qiáng)度水平，充分利用鈦合金比強(qiáng)度高的特點(diǎn)，減輕各種飛行器的重量，提高結(jié)構(gòu)效益，一直是鈦合金在宇航工業(yè)應(yīng)用上的重要研究方向。鈦合金中，近(3和亞穩(wěn)定卩鈦合金是高強(qiáng)和超高強(qiáng)鈦合金應(yīng)用的主要類型。20世紀(jì)五十年代美國RemCroTitanium公司研制出第一個高強(qiáng)(3鈦合金B(yǎng)120VCA(Ti-13V-llCr-3Al)問世以來，針對不同的應(yīng)用，各國相繼研制出了多個牌號的高強(qiáng)和超高強(qiáng)鈦合金。如美國的卩c(Ti-3A1-8V-6Cr-4Zr-4Mo)合金制備的彈簧的強(qiáng)度水平為12401450MPa，冷變形時效后Timeta1125(Ti-2.7A1-6V-6Mo-5.7Fe)合金絲材的強(qiáng)度可達(dá)1620MPa，延伸率為6%。但如何研制一種用于小規(guī)格絲棒材的超高強(qiáng)度鈦合金是本
技術(shù)領(lǐng)域：
急待解決的問題。本發(fā)明人經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，含硅的鈦合金可以達(dá)到上述效果。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用于小規(guī)格絲棒材的超高強(qiáng)度鈦合金。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案-一種含硅的鈦合金，其組份和含量為816重量％的鉬，1.753.3重量％的鋁，38重量％的鉻和鈮中的一種或兩種，0.02重量％的鋯，0.20.3重量％的硅，0.00.15重量％的氧，0.00.15重量％的碳，().00.01重量％的氮，0.00.02重量Q/^的氫，余量為鈦。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述3-8重量％的鉻中，3-5重量％的鉻被等量的鈷所取代。本發(fā)明的合金可用市售的純金屬和中間合金利用真空自耗熔煉、凝殼爐熔煉、等離子束熔煉、電子束熔煉、懸浮爐熔煉等多種熔煉方法熔煉，也可采用這些方法的組合。上述的熔煉方法均為常規(guī)的熔煉方法。本發(fā)明合金的鑄錠在相變點(diǎn)以上開坯，然后逐漸降溫進(jìn)行中間鍛造或軋制，制成軋制用棒坯。棒坯在相變點(diǎn)上、下50℃范圍內(nèi)加熱，然后采用橫列式或縱列式軋機(jī)軋制成棒材，總變形量應(yīng)控制在不小于75%，軋制成的棒材采用固溶時效處理或直接時效處理，即可制成超高強(qiáng)度的棒材。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是硅元素在鈦合金中形成Ti(Zr)3i3第二相粒子，可起到第二相粒子的強(qiáng)化作用。本發(fā)明的鈦合金利用硅元素在鈦合金中形成Ti(Zr)5Si3硅化物的第二相粒子強(qiáng)化作用，并利用鈦合金小規(guī)格絲棒材成形過程中變形充分，晶粒被充分破碎，晶粒細(xì)小，可充分發(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化和彌散時效析出強(qiáng)化作用，使其抗拉強(qiáng)度大于1400Mpa。且保持良好的塑性。利用本發(fā)明合金可制作超高強(qiáng)彈簧、緊固件及有超高度要求的各種小截面構(gòu)件。下面通過具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但并不意味著對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。具體實(shí)施方式實(shí)施例1將市售的海綿鈦、海綿鋯、純鉻、鈦鉬中間合金、鋁鈮中間合金和鋁硅中間合金按表1的成分配比制備成電極塊，電極塊在真空等離子箱內(nèi)焊接成真空自耗電極，然后進(jìn)行三次真空自耗熔煉制成鑄錠。鑄錠在115(TC開坯鍛造，經(jīng)過中間鍛造后制成(j)35mm的軋制棒坯，棒坯加熱到750°℃后，在橫列式軋機(jī)上軋制成(j)15mm棒材。軋制成的棒材經(jīng)過表2中所列的熱處理制度處理后，按GB/T228-2002的要求進(jìn)行力學(xué)性能測試，其力學(xué)性能見表2。表1實(shí)施例1中合金的配比成分<table><row><column>化學(xué)成分</column><column>Mo</column><column>Cr</column><column>Nb</column><column>Zr</column><column>Al</column><column>Si</column><column>0</column><column>C</column><column>H</column><column>N</column><column>Ti</column></row><row><column></column><column>含量</column><column>8</column><column>5</column><column>3</column><column>2</column><column>1.75</column><column>0.25</column><column>0.13</column><column>余量</column><column>0.05</column><column>0.005</column><column>0.006</column></row><table>4表2實(shí)施例1中棒材的力學(xué)性育l<table><row><column>熱處理制度</column><column>Rm(MPa)</column><column>RpU2(MPa)</column><column>A(%)</column><column>z(:%)</column></row><row><column>750℃/30min/AC+520℃/6h/AC</column><column>1470</column><column>1450</column><column>11.5</column><column>45</column></row><row><column>540℃/4h/AC</column><column>1475</column><column>1455</column><column>10.5</column><column>40</column></row><table>實(shí)施例2將市售的海綿鈦、海綿鋯、純鈷、鈦鉬中間合金和鋁硅中間合金按表3的成分配比制備成電極塊，電極塊在真空等離子箱內(nèi)焊接成真空自耗電極，然后進(jìn)行三次真空自耗熔煉制成鑄錠。鑄錠在1150℃開坯鍛造，經(jīng)過中間鍛造后制成φ35ram的軋制棒坯，棒坯加熱到800℃后，在橫列式軋機(jī)上軋制成φ151mn棒材。軋制成的棒材經(jīng)過表4中所列的熱處理制度處理后，按GB/T228-2002的要求進(jìn)行力學(xué)性能測試，其力學(xué)性能見表4。表3實(shí)施例2中合金的配比成分<table><row><column>化學(xué)成分</column><column>Mo</column><column>Co</column><column>Zr</column><column>Al</column><column>Si</column><column>0</column><column>C</column><column>H</column><column>N</column><column>Ti</column></row><row><column>含量</column><column>12</column><column>4</column><column>1</column><column>3.2</column><column>0.2</column><column>0.10</column><column>0.05</column><column>0.005</column><column>0.006</column><column>余量</column></row><table>表4實(shí)施例2中棒材的力學(xué)性能<table><row><column>熱處理制度</column><column>Rm(MPa)</column><column>Rpo."MPa)</column><column>A(%)</column><column>z(%)</column></row><row><column>790℃/30min/AC+500℃/6h/AC</column><column>1480</column><column>1450</column><column>9.0</column><column>33</column></row><row><column>500℃/8h/AC</column><column>1520</column><column>1480</column><column>8.5</column><column>26</column></row><table>實(shí)施例3將市售的海綿鈦、海綿鋯、鈦鉬中間合金、鋁鈮中間合金和鋁硅中間合金按表5的成分配比制備成電極塊，電極塊在真空等離子箱內(nèi)焊接成真空自耗電極，第一次和第三次熔煉在真空自耗爐中進(jìn)行，第二次熔煉在凝殼爐中進(jìn)行。鑄錠在1150。C開坯鍛造，經(jīng)過中間鍛造后制成(j)35ram的軋制棒坯，棒坯加熱到83(TC后，在橫列式軋機(jī)上軋制成(j)15imn棒材。軋制成的棒材經(jīng)過表6中所列的熱處理制度處理后，按GB/T228-2002的要求進(jìn)行力學(xué)性能測試，其力學(xué)性能見表6。表5實(shí)施例3中合金的配比成分<table><row><column>化學(xué)成分</column><column>Mo</column><column>Nb</column><column>Zr</column><column>Al</column><column>Si</column><column>0</column><column>C</column><column>H</column><column>N</column><column>Ti</column></row><row><column></column><column>含量</column><column>16</column><column>4</column><column>1</column><column>3</column><column>0.20</column><column>0.13</column><column>0.05</column><column>0.005</column><column>0.006</column><column>余量</column></row><table>表6實(shí)施例3中棒材的力學(xué)性能<table><row><column>熱處理制度</column><column>Rm(MPa)</column><column>Rp0.2(MPa)</column><column>A(%)</column><column>Z(%)</column></row><row><column></column><column>790°C/30min/AC+500°C/6h/AC</column><column>1510</column><column>1480</column><column>7.0</column><column>23</column></row><table>實(shí)施例4將市售的海綿鈦、海綿鋯、純鉻、鈦鉬中間合金、鋁鈮中間合金和鋁硅中間合金按表5的成分配比制備成電極塊，電極塊在真空等離子箱內(nèi)焊接成真空自耗電極，第一次和第三次熔煉在真空自耗爐中進(jìn)行，第二次熔煉在凝殼爐中進(jìn)行。鑄錠在1150℃開坯鍛造，經(jīng)過中間鍛造后制成35mm的軋制棒坯，棒坯加熱到830℃后，在橫列式軋機(jī)上軋制成15mm棒材。軋制成的棒材經(jīng)過表7中所列的熱處理制度處理后，按GB/T228-2002的要求進(jìn)行力學(xué)性能測試，其力學(xué)性能見表7。表6實(shí)施例4中合金的配比成分<table><row><column>化學(xué)成分</column><column>Mo</column><column>Nb</column><column>Zr</column><column>Al</column><column>Si</column><column>0</column><column>C</column><column>H</column><column>N</column><column>Ti</column></row><row><column></column><column>含量</column><column>16</column><column>3</column><column>1</column><column>3</column><column>0.20</column><column>0.13</column><column>0.05</column><column>0.005</column><column>0.006</column><column>余量</column></row><table>表7實(shí)施例4中棒材的力學(xué)性能<table><row><column>熱處理制度</column><column>Rm(MPa)</column><column>Rp0.2(MPa)</column><column>A(%)</column><column>Z(%)</column></row><row><column></column><column>790°C/30min/AC+500°C/6h/AC</column><column>1511</column><column>1480</column><column>7.0</column><column>23</column></row><table>實(shí)施例5將市售的海綿鈦、海綿鋯、鈦鉬中間合金、鋁鈮中間合金和鋁硅中間合金按表5的成分配比制備成電極塊，電極塊在真空等離子箱內(nèi)焊接成真空自耗電極，第一次和第三次熔煉在真空自耗爐中進(jìn)行，第二次熔煉在凝殼爐中進(jìn)行。鑄錠在1150℃開坯鍛造，經(jīng)過中間鍛造后制成35mm的軋制棒坯，棒坯加熱到830℃后，在橫列式軋機(jī)上軋制成15mm棒材。軋制成6的棒材經(jīng)過表9中所列的熱處理制度處理后，按GB/T228-2002的要求進(jìn)行力學(xué)性能測試，其力學(xué)性能見表9。表8實(shí)施例5中合金的配比成分<table><row><column>化學(xué)成分</column><column>Mo</column><column>Nb</column><column>Zr</column><column>Al</column><column>Si</column><column>0</column><column>C</column><column>H</column><column>N</column><column>Ti</column></row><row><column></column><column>含量</column><column>16</column><column>8</column><column>1</column><column>3.3</column><column>0.30</column><column>0.15</column><column>0.15</column><column>0.02</column><column>0.01</column><column>余</column></row><table>表9實(shí)施例3中棒材的力學(xué)性能<table><row><column>熱處理制度</column><column>Rm(MPa)</column><column>Rp0.2(MPa)</column><column>A(%)</column><column>Z(%)</column></row><row><column></column><column>790℃/30min/AC+500℃/6h/AC</column><column>1520</column><column>1481</column><column>7.0</column><column>23</column></row><table>權(quán)利要求1、一種含硅的鈦合金，其組份和含量為8～16重量％的鉬，1.75～3.3重量％的鋁，3～8重量％的鉻和鈮中的一種或兩種，0.0～2重量％的鋯，0.2～0.3重量％的硅，0.0～0.15重量％的氧，0.0～0.15重量％的碳，0.0～0.01重量％的氮，0.0～0.02重量％的氫，余量為鈦。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的含硅的鈦合金，其特征在于所述3-8重量％的鉻中，3_5重量％的鉻被等量的鈷所取代。全文摘要本發(fā)明涉及一種含硅的鈦合金，其組份和含量為8～16重量％的鉬，1.75～3.3重量％的鋁，3～8重量％的鉻和鈮中的一種或兩種，小于等于2重量％的鋯，0.2～0.3重量％的硅，小于等于0.15重量％的氧，0.0～0.15重量％的碳，0.0～0.01重量％的氮，0.0～0.02重量％的氫，余量為鈦。本發(fā)明的鈦合金利用硅元素在鈦合金中形成Ti(Zr)<sub>5</sub>Si<sub>3</sub>硅化物的第二相粒子強(qiáng)化作用，并利用鈦合金小規(guī)格絲棒材成形過程中變形充分，晶粒被充分破碎，晶粒細(xì)小，可充分發(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化和彌散時效析出強(qiáng)化作用，使其抗拉強(qiáng)度大于1400MPa。且保持良好的塑性。利用本發(fā)明合金可制作超高強(qiáng)彈簧、緊固件及有超高度要求的各種小截面構(gòu)件。文檔編號C22C14/00GK101200781SQ20061016505公開日2008年6月18日申請日期2006年12月12日優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日發(fā)明者葉文君,翥張,王希哲,脫祥明申請人:北京有色金屬研究總院