專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種β型鈦合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種P型鈦合金，還涉及其制備方法。
背景技術(shù)：
：高強(qiáng)韌鈦合金，在材料的應(yīng)用領(lǐng)域中主要以鍛造、變形加工并輔之以熱處理強(qiáng)化工藝，應(yīng)用于航空、航天等需要高強(qiáng)度韌性的結(jié)構(gòu)部位作為結(jié)構(gòu)件。特別是航空領(lǐng)域，從飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)減重的角度出發(fā)，經(jīng)常希望采用重量輕、比強(qiáng)度高的高強(qiáng)鈦合金材料代替重量相對(duì)較大的結(jié)構(gòu)鋼材料。P型鈦合金具有較好的可熱處理強(qiáng)化特性、優(yōu)異的可成型性、較大的比強(qiáng)度、深的淬透性，并且可獲得較高的強(qiáng)度-塑性-韌性匹配，使這種合金成為重要的結(jié)構(gòu)材料。文獻(xiàn)[O.M.Ivasishinetal.，J.AlloysCompd.(2007),doi:10.1016/j.jallcom2007.03.070]中例舉了目前廣泛應(yīng)用的商業(yè)卩鈦合金VT22、Ti-15-3、卩21S禾卩TIMETALLCB在再結(jié)晶狀態(tài)下的機(jī)械性能，其中VT22的抗拉強(qiáng)度為1160MPa，延伸率為4.2%;Ti-15-3的抗拉強(qiáng)度為840MPa，延伸率為21%;p21S的抗拉強(qiáng)度為1015MPa，延伸率為17%;TIMETALLCB的抗拉強(qiáng)度為1095MPa，延伸率為17%。從目前公知的|3型鈦合金可以看到存在不足具有較高強(qiáng)度的I3型鈦合金，但塑性不好，導(dǎo)致加工困難和成本高；塑性好的P型鈦合金，強(qiáng)度又達(dá)不到使用要求?，F(xiàn)有P型鈦合金不能同時(shí)滿(mǎn)足既有高強(qiáng)度又有很高塑性的應(yīng)用要求。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)不能同時(shí)滿(mǎn)足既有高強(qiáng)度又有很高塑性的不足，本發(fā)明提供一種卩型鈦合金，能夠既具有高強(qiáng)度又具有良好塑性。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是鈦合金的組分為T(mén)i-Mo-Nb-Ta-Zr-Al系的|3型高強(qiáng)高韌鈦合金。該型鈦合金的重量百分比組成為鉬9%15%，鈮6%~10%，鉭2%~6%，鋯2%~6%，鋁1%~3%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)的重量百分比為:fel.0%，碳^0.1%，fc0.05%，fc0.015%，氧<0.02%。本發(fā)明還提供該鈦合金的制備方法，包括以下步驟一、采用0級(jí)海綿鈦，工業(yè)純鋁，原子能級(jí)海綿鋯，Ti-31%Mo、Ti-53%Nb、Al-80%Ta為原料，按重量百分比配比為Mo:9~15%、Nb:6~10%、Ta:2~6%、Zr:2~6%、Al:1~3%進(jìn)行混料后，用壓機(jī)壓制成自耗電極；二、經(jīng)真空自耗電弧爐熔煉，熔煉溫度為178(TC195(rC，在結(jié)晶器獲得一次鑄錠;三、由一次鑄錠作為自耗電極進(jìn)行二次熔煉，熔煉溫度為173(TC187(TC;在結(jié)晶器獲得二次鑄錠；四、由二次鑄錠作為自耗電極再一次真空自耗熔煉成成品鈦合金錠，熔煉溫度為1730°C~1870°C;五、將鈦合金錠去皮、頭、尾，在950110(TC鍛造成坯料；六、坯料經(jīng)軋制、熱處理制造成為板材，或經(jīng)軋制、拉絲、熱處理制造成為棒材、絲材或型材，或經(jīng)鍛造、修磨、熱處理、機(jī)加制造成為標(biāo)準(zhǔn)件或元器件。本發(fā)明的有益效果是該Ti-Mo-Nb-Ta-Zr-Al系(3型鈦合金的力學(xué)性能如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>該鈦合金不僅具有高強(qiáng)度，而且具有較高的延伸率和塑性，既能滿(mǎn)足應(yīng)用需求的強(qiáng)度，又易于加工成型、減少能耗。該p型鈦合金特別適合作為軌道或路面交通運(yùn)輸車(chē)輛以及航空航天器的結(jié)構(gòu)材料，制作成為車(chē)軸彈簧、連桿、活塞銷(xiāo)、高強(qiáng)度螺絲、制動(dòng)器活塞和制動(dòng)盤(pán)，可帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:鈦合金的重量百分比組成為鉬9%，鈮10%，鉭2%，鋯6%，鋁1%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)的重量百分比為鐵1.0%，碳0.1%，氮0.05%，氫0.015%，氧0.02%。該鈦合金的制備方法包括以下步驟一、采用0級(jí)海綿鈦，工業(yè)純鋁，原子能級(jí)海綿鋯，Ti-3P/。Mo、Ti-53Q/。Nb、Al-80。/oTa為原料，按重量百分比配比為Mo:9%、Nb:10%、Ta:6%、Zr:2%、Al:3%混料5Kg，用500噸油壓機(jī)壓制成自耗電極；二、經(jīng)10Kg級(jí)真空自耗電弧爐熔煉，熔煉溫度為195(TC，在結(jié)晶器獲得一次鑄錠；三、由一次鑄錠作為自耗電極進(jìn)行二次熔煉，熔煉溫度為187(TC，在結(jié)晶器獲得二次鑄錠；四、由二次鑄錠作為自耗電極再一次真空自耗熔煉成成品鈦合金錠，熔煉溫度為1870。C;五、將鈦合金錠去皮去頭、尾，進(jìn)行1100。C鍛造成①55mm棒坯；六、最后經(jīng)機(jī)加扒皮、打磨修傷后在95(TC軋制成O20mm棒材。實(shí)施例2:鈦合金的重量百分比組成為鉬15%，鈮6%，鉭6%，鋯2%，鋁3%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)的重量百分比為鐵0.5%，碳0.05%，氮0.025%，氫0.01%，氧0.01%。該鈦合金的制備方法包括以下步驟一、采用0級(jí)海綿鈦，工業(yè)純鋁，原子能級(jí)海綿鋯，Ti-31Q/oMo、Ti-53%Nb、Al-80%Ta為原料，按成分配比為Mo:15%、Nb:6%、Ta:2%、Zr:2%、Al:3%混料5Kg，用500噸油壓機(jī)壓制成自耗電極；二、經(jīng)10Kg級(jí)真空自耗電弧爐熔煉，熔煉溫度為1875°C，在結(jié)晶器獲得一次鑄錠；三、由一次鑄錠作為自耗電極進(jìn)行二次熔煉，熔煉溫度為1800。C，在結(jié)晶器獲得二次鑄錠；四、由二次鑄錠作為自耗電極再一次真空自耗熔煉成成品鈦合金錠，熔煉溫度為1800°C;五、將鈦合金錠去皮去頭、尾，進(jìn)行1050'C鍛造成①55mm棒坯；六、最后經(jīng)機(jī)加扒皮、打磨修傷后在900。C軋制成O20mm棒材。實(shí)施例3:鈦合金的重量百分比組成為鉬12%，鈮8%，鉭4%，鋯4%，鋁2%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)的重量百分比為鐵0.02%，碳0.03%，氮0.01%，氫0.005%，氧0.005%。該鈦合金的制備方法包括以下步驟一、采用0級(jí)海綿鈦，工業(yè)純鋁，原子能級(jí)海綿鋯，Ti-31%Mo、Ti-53%Nb、Al-80%Ta為原料，按成分配比為Mo:12%、Nb:8%、Ta:4%、Zr:2%、Al:3%混料5Kg，用500噸油壓機(jī)壓制成自耗電極；二、經(jīng)10Kg級(jí)真空自耗電弧爐熔煉，熔煉溫度為1780°C，在結(jié)晶器獲得一次鑄錠；三、由一次鑄錠作為自耗電極進(jìn)行二次熔煉，熔煉溫度為1730°C，在結(jié)晶器獲得二次鑄錠；四、由二次鑄錠作為自耗電極再一次真空自耗熔煉成成品鈦合金錠，熔煉溫度為1730°C;五、將鈦合金錠去皮去頭、尾，進(jìn)行95(TC鍛造成(D55mm棒坯；六、最后經(jīng)機(jī)加扒皮、打磨修傷后在卯(TC軋制成O20mm棒材。實(shí)施例4:鈦合金的重量百分比組成為鉬9%，鈮10%，鉭2%，鋯6%，鋁1%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)的重量百分比為鐵1.0%，碳0.1%，氮0.05%，氫0.015%,氧0.02%。該鈦合金的制備方法包括以下步驟—、采用0級(jí)海綿鈦，工業(yè)純鋁，原子能級(jí)海綿鋯，Ti-31。/。Mo、Ti-53。/。Nb、Al-80。/oTa為原料，按成分配比為Mo:12%、Nb:8%、Ta:4%、Zr:4%、Al:2。/o混料5Kg，用500噸油壓機(jī)壓制成自耗電極；二、經(jīng)10Kg級(jí)真空自耗電弧爐熔煉，熔煉溫度為1950°C，在結(jié)晶器獲得一次鑄錠；三、由一次鑄錠作為自耗電極進(jìn)行二次熔煉，熔煉溫度為1870°C，在結(jié)晶器獲得二次鑄錠；四、由二次鑄錠作為自耗電極再一次真空自耗熔煉成成品鈦合金錠，熔煉溫度為1870°C;五、將鈦合金錠去皮去頭、尾，在105(TC進(jìn)行鍛造成S40mm方板坯；六、最后在900'C軋制成S5mm板材。實(shí)施例5:鈦合金的重量百分比組成為鉬15%，鈮6%，鉭6%，鋯2%，鋁3%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)的重量百分比為鐵0.5%，碳0.05%，氮0.025%，氫0.01%，氧0.01%。該鈦合金的制備方法包括以下步驟一、采用0級(jí)海綿鈦，工業(yè)純鋁，原子能級(jí)海綿鋯，Ti-31%Mo、Ti-53%Nb、Al-80%Ta為原料，按成分配比為Mo:9X、Nb:10%、Ta:6%、Zr:6%、Al:l。/?；炝?Kg，用500噸油壓機(jī)壓制成自耗電極；二、經(jīng)10Kg級(jí)真空自耗電弧爐熔煉，熔煉溫度為1875°C，在結(jié)晶器獲得一次鑄錠；三、由一次鑄錠作為自耗電極進(jìn)行二次熔煉，熔煉溫度為180(TC，在結(jié)晶器獲得二次鑄錠；四、由二次鑄錠作為自耗電極再一次真空自耗熔煉成成品鈦合金錠，熔煉溫度為1800°C;五、將鈦合金錠去皮去頭、尾，在105(TC進(jìn)行鍛造成540mm方板坯；六、最后在卯(TC之間軋制成S5mm板材。實(shí)施例6:鈦合金的重量百分比組成為鉬12%，鈮8%，鉭4%，鋯4%，鋁2%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)的重量百分比為鐵0.02%，碳0.03%，氮0.01%，氫0.005%，氧0.005%。該鈦合金的制備方法包括以下步驟一、采用0級(jí)海綿鈦，工業(yè)純鋁，原子能級(jí)海綿鋯，Ti~31%Mo、Ti~53%Nb、Al~80%Ta為原料，按成分配比為Mo:15%、Nb:6%、Ta:2%、Zr:6%、Al:l。/。混料5Kg，用500噸油壓機(jī)壓制成自耗電極；二、經(jīng)10Kg級(jí)真空自耗電弧爐熔煉，熔煉溫度為1780°C，在結(jié)晶器獲得一次鑄錠；三、由一次鑄錠作為自耗電極進(jìn)行二次熔煉，熔煉溫度為173(TC，在結(jié)晶器獲得二次鑄錠；四、由二次鑄錠作為自耗電極再一次真空自耗熔煉成成品鈦合金錠，熔煉溫度為1730。C;五、將鈦合金錠去皮去頭、尾，在95(TC進(jìn)行鍛造成S40mm方板坯；六、最后在90(TC之間軋制成S5mm板材。實(shí)施例7:鈦合金的重量百分比組成為鉬9%，鈮10%,鉭2%，鋯6%，鋁1%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)的重量百分比為鐵1.0%，碳0.1%，氮0.05%，氫0.015%，氧0.02%。該鈦合金的制備方法包括以下步驟一、采用0級(jí)海綿鈦，工業(yè)純鋁，原子能級(jí)海綿鋯，Ti31%Mo、Ti~53%Nb、Al~80%Ta為原料，按成分配比為Mo:9%、Nb:10%、Ta:6%、Zr:4%、Al:2。/?；炝?Kg，用500噸油壓機(jī)壓制成自耗電極；二、經(jīng)10Kg級(jí)真空自耗電弧爐熔煉，熔煉溫度為1950°C，在結(jié)晶器獲得一次鑄錠；三、由一次鑄錠作為自耗電極進(jìn)行二次熔煉，熔煉溫度為1870。C，在結(jié)晶器獲得二次鑄錠；四、由二次鑄錠作為自耗電極再一次真空自耗熔煉成成品鈦合金錠，熔煉溫度為1870°C;五、將鈦合金錠去皮、頭、尾，在95(TC鍛造成坯料；六、最后經(jīng)鍛造、修磨、熱處理、機(jī)加等加工工序制造成為標(biāo)準(zhǔn)件或元器件。實(shí)施例8:鈦合金的重量百分比組成為鉬15。％，鈮6%，鉭6%，鋯2%，鋁3%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)的重量百分比為鐵0.5%，碳0.05%，氮0.025%，氫0.01%，氧0.01%。該鈦合金的制備方法包括以下步驟一、采用0級(jí)海綿鈦，工業(yè)純鋁，原子能級(jí)海綿鋯，Ti31%Mo、Ti~53%Nb、Al~80%Ta為原料，按成分配比為Mo:15%、Nb:6%、Ta:2%、Zr:4%、八1:2%混料5Kg，用500噸油壓機(jī)壓制成自耗電極；二、經(jīng)10Kg級(jí)真空自耗電弧爐熔煉，熔煉溫度為1875°C，在結(jié)晶器獲得一次鑄錠；三、由一次鑄錠作為自耗電極進(jìn)行二次熔煉，熔煉溫度為180(TC，在結(jié)晶器獲得二次鑄錠；四、由二次鑄錠作為自耗電極再一次真空自耗熔煉成成品鈦合金錠，熔煉溫度為1綱。C;五、將鈦合金錠去皮、頭、尾，在IOOO'C鍛造成坯料；六、最后經(jīng)鍛造、修磨、熱處理、機(jī)加等加工工序制造成為標(biāo)準(zhǔn)件或元器件。實(shí)施例9:鈦合金的重量百分比組成為鉬12%，鈮8%，鉭4%，鋯4%，鋁2%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)的重量百分比為鐵0.02%,碳0.03%，氮0.01%，氫0.005%，氧0.005%。該鈦合金的制備方法包括以下步驟一、采用0級(jí)海綿鈦，工業(yè)純鋁，原子能級(jí)海綿鋯，Ti~31%Mo、Ti53%Nb、Al80%Ta為原料，按成分配比為Mo:12%、Nb:8%、Ta:4%、Zr:6%、Al:l。/?；炝?Kg，用500噸油壓機(jī)壓制成自耗電極；二、經(jīng)10Kg級(jí)真空自耗電弧爐熔煉，熔煉溫度為1780°C，在結(jié)晶器獲得一次鑄錠；三、由一次鑄錠作為自耗電極進(jìn)行二次熔煉，熔煉溫度為173(TC，在結(jié)晶器獲得二次鑄錠；四、由二次鑄錠作為自耗電極再一次真空自耗熔煉成成品鈦合金錠，熔煉溫度為1730°C;五、將鈦合金錠去皮、頭、尾，在IIO(TC鍛造成坯料；六、最后經(jīng)鍛造、修磨、熱處理、機(jī)加等加工工序制造成為標(biāo)準(zhǔn)件或元器件。權(quán)利要求1、一種β型鈦合金，其特征在于該型鈦合金的重量百分比組成為鉬9％～15％，鈮6％～10％，鉭2％～6％，鋯2％～6％，鋁1％～3％，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)的重量百分比為鐵≤1.0％，碳≤0.1％，氮≤0.05％，氫≤0.015％，氧≤0.02％。2、一種制備權(quán)利要求1所述p型鈦合金的方法，其特征在于包括下述步驟(a)采用0級(jí)海綿鈦，工業(yè)純鋁，原子能級(jí)海綿鋯，Ti-31%Mo、Ti-53%Nb、Al-80。/。Ta為原料，按重量百分比配比為Mo:9~15%、Nb:6~10%、Ta:2~6%、Zr:2~6%、Al:1~3%進(jìn)行混料后，用壓機(jī)壓制成自耗電極；(b)經(jīng)真空自耗電弧爐熔煉，熔煉溫度為178(TC195(TC,在結(jié)晶器獲得一次鑄錠；(c)由一次鑄錠作為自耗電極進(jìn)行二次熔煉，熔煉溫度為1730°C~1870°C;在結(jié)晶器獲得二次鑄錠；(d)由二次鑄錠作為自耗電極再一次真空自耗熔煉成成品鈦合金錠，熔煉溫度為1730。C1870。C;(e)將鈦合金錠去皮、頭、尾，在950110(TC鍛造成坯料；(f)坯料經(jīng)軋制、熱處理制造成為板材，或經(jīng)軋制、拉絲、熱處理制造成為棒材、絲材或型材，或經(jīng)鍛造、修磨、熱處理、機(jī)加制造成為標(biāo)準(zhǔn)件或元器件。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種β型鈦合金，其重量百分比為鉬9％～15％，鈮6％～10％，鉭2％～6％，鋯2％～6％，鋁1％～3％，鐵≤1.0％，碳≤0.1％，氮≤0.05％，氫≤0.015％，氧≤0.02％，余量為鈦。其制備方法為采用海綿鈦，純鋁，海綿鋯，Ti-31％Mo、Ti-53％Nb、Al-80％Ta混料后制成自耗電極；經(jīng)真空自耗電弧爐熔煉獲得一次鑄錠；由一次鑄錠作為自耗電極進(jìn)行熔煉獲得二次鑄錠；由二次鑄錠作為自耗電極真空自耗熔煉成成品鈦合金錠。本發(fā)明不僅具有高強(qiáng)度，而且具有較高的延伸率和塑性，既能滿(mǎn)足應(yīng)用需求的強(qiáng)度，又易于加工成型、減少能耗。文檔編號(hào)C22C14/00GK101314827SQ20081015036公開(kāi)日2008年12月3日申請(qǐng)日期2008年7月17日優(yōu)先權(quán)日2008年7月17日發(fā)明者廉周,商國(guó)強(qiáng),寇宏超,輝常,朱知壽,李金山,王新南,薛祥義申請(qǐng)人:西安西工大超晶科技發(fā)展有限責(zé)任公司;中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)公司北京航空材料研究院;西北工業(yè)大學(xué)