一種耐高速沖擊高強高韌鈦合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高強合金制備技術(shù)領(lǐng)域，特別設及一種耐高速沖擊高強高初鐵合金。
【背景技術(shù)】
[0002] 鐵及鐵合金具有密度小、比強度，比剛度高、耐腐蝕、良好的高低溫性能和生物兼 容性等特點，因此作為理想的結(jié)構(gòu)材料和功能材料被大量應用于航空航天、艦船制造、石油 化工、海洋工程、生物醫(yī)學和建筑裝飾等領(lǐng)域，且獲得了良好的經(jīng)濟和社會效益。在運些領(lǐng) 域的應用過程中，鐵合金作為結(jié)構(gòu)材料經(jīng)常會承受高速沖擊載荷的作用。需要鐵合金具有 優(yōu)良的動態(tài)承載能力，在遭受沖擊時依然能夠保持其所制成構(gòu)件結(jié)構(gòu)的完整性和尺寸的穩(wěn) 定性。
[0003] Fe加入到鐵合金中，可W加快其時效響應速度，達到時效強度峰值所需時間也較 短。V是鐵合金中常見的同晶型be化穩(wěn)定元素，在提高合金的強度的同時可W保持合金具有 較好的塑形。FeV合金其價格低廉，作為鐵合金的中間合金可W顯著的降低鐵的合金成本。 化與α、β相均溶解，并且存在共析反應。Cr主要起固溶強化作用，可提高合金的塑性、初性和 澤透性?；剡€能夠細化合金的鑄態(tài)顯微組織。A1元素作為α相穩(wěn)定元素可W提高合金的 強度，也可W防止ω相析出引起的脆性。
[0004] Ti-1023合金是由美國Timet公司于1971年研制開發(fā)，并于1972年申請專利，其專 利號:US3802877A，名義成分為Ti-lOV-2化-3A1，是迄今為止應用最為廣泛的一種高強高初 近β型鐵合金。Ti-1023合金經(jīng)熱處理強化其抗拉強度可達到965~1310MPa，斷裂初性可達 到35~90MPa · ml/2,有較好的強度、塑性和初性匹配關(guān)系。Ti-1023合金含有2%Fe元素，在 烙煉時易因成分偏析產(chǎn)生"的君"，使合金組織不均勻，降低塑性及疲勞性能。另外，Ti-1023 合金的力學性能對顯微組織及其熱處理極為敏感，時效溫度低于500°C時，極易產(chǎn)生脆性ω 相而使合金的塑性急劇下降。
[0005] ΒΤ22合金是前蘇聯(lián)航空材料研究院于20世紀70年代研制開發(fā)的一種高合金化、高 強度近β型鐵合金，名義成分為Ti - 5Α1 - 5Μ〇- 5V- ICr- IFe dBT22合金在退火狀態(tài)下，強度可達 到lOSOMPa，經(jīng)熱處理強化該合金強度可達到1100~1300MPa，但很難進一步提高其強度。與 Ti-1023合金相比，VT22合金化和V元素含量減少，通過添加 Mo和化元素來提高合金澤透性， 穩(wěn)定β相。
[0006] VST5553合金是俄羅斯WVT22合金為基礎上，減少Fe元素含量，提高化元素含量而 研制開發(fā)的一種新型高強高初亞穩(wěn)0型鐵合金，名義成分Ti - 5A1 - 5M〇- 5V- 3化-0.5化。與Ti -1023和VT22合金對比，Ti-5553合金Fe含量較少，使合金偏析敏感度降低，但不降低強度，其 強度高出Ti-1023合金約15%。
[0007] 國際通用的鐵合金抗沖擊性能采用霍普金森壓桿進行測試后所采集的應力應變 曲線進行表征，一般情況其動態(tài)性能可最大均勻塑形應變大于0.25,其沖擊吸收功大于 300MJ/m 3被認為具有良好的耐沖擊性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提出一種耐高速沖擊高強高初鐵合金，其特征在于，所述耐高速 沖擊高強高初鐵合金具體為Ti-Al-Fe-V-Cr系合金，合金中各組分重量百分比為Al:2.5~ 3.5%、Fe:0.85~2.35%、V:3.0~8.0%、吐:1.0~5.0%、雜質(zhì)含量<0.2%，余量為Ti;上 述各成分滿足：[Mo]eq = 0.67V+2.9Fe+l. 6吐=12.0~13.0且Al/(Fe+V+Cr) > 0.25;其中含 有初生α相的比例在5%~20%之間，初生條狀α相的橫縱向之比在1-2之間，使鐵合金具有 優(yōu)異的耐沖擊性，最大均勻塑形應變大于0.25，沖擊吸收功達300MJ/m 3。
[0009] 所述耐高速沖擊高強高初鐵合金是按照上述配比，采用市售的海綿鐵、海綿錯、A1 豆、Fe-Cr中間合金、純Cr，F(xiàn)e-V中間合金配料，壓制成自耗電極，經(jīng)過二次真空自耗電弧爐 烙煉，制成Ti-Al-化-V-Cr合金鑄錠;在950°C~1100°C開巧，變形量60%，經(jīng)過多次降溫至 750°C~820°C鐵粗拔長，累積變形量80%，制成一定規(guī)格的棒材或板材，并將制得的棒材在 合金相變點W下l〇°C~60°C，1小時空冷或者爐冷后，進行霍普金森壓桿實驗測定材料的動 態(tài)性能。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是根據(jù)初生α相的含量對耐高速沖擊性能的影響，確定最佳的 橫縱比，進行霍普金森壓桿實驗，測得其最大均勻塑形應變?yōu)?.25~0.4，沖擊吸收功可達 360MJ/m 3，滿足高速沖擊狀態(tài)下使用的鐵合金，有助于擴大合金的應用領(lǐng)域。
【具體實施方式】：
[0011] 本發(fā)明提出一種耐高速沖擊高強高初鐵合金。下面通過【具體實施方式】對本發(fā)明作 進一步說明。
[001^ 實施例1
[0013] 11-3.541-1.(^6-4.0￥-4.5化合金的原材料為:0級海綿鐵、41豆、純化^6-80￥中 間合金，按照表1成分配比進行配料，混合后壓制成自耗電極，經(jīng)過二次真空自耗電弧爐烙 煉，得到Ti -3.5A1 -1.0化-4.0V-4.5化合金鑄錠。合金鑄錠在1000°C開巧，變形量60 %，采用 多次降溫換向鍛造，終鍛溫度為780~820°C，累積變形量80%，制成900 X 75 X 35mm的方棒。 用金相法測得合金的相變點為840~850°C。對方棒上切材取樣，進行800°C/0.5h/FC熱處 理，獲得初生含有初生α相的比例在20 %，初生條狀α相的橫縱向之比在1 -1.5之間。對其進 行霍普金森壓桿實驗測得其最大均勻塑形應變?yōu)?.4,沖擊吸收功可達360MJ/m3
[0014] 表1實施例1中合金的成分配比
[0015]
[0016] 滿足[Mo]eq = 0.67V+2.We+1.6Cr = 12.78，Al/We+V+Cr)=0.37。
[0017] 實施例2
[001引 11-3.041-2.(^6-8.0￥-1.0化合金的原材料為:0級海綿鐵、41豆、純化^6-80￥中 間合金，按照表2成分配比進行配料，混合后壓制成自耗電極，經(jīng)過二次真空自耗電弧爐烙 煉，得到Ti -3.0A1 - 2.0化-8.0V-1.0化合金鑄錠。合金鑄錠在1050°C開巧，變形量60 %，采用 多次降溫換向鍛造，終鍛溫度為780~820°C，累積變形量80%，而經(jīng)過兩相區(qū)社制