一种超塑性钛合金板材及其制备方法技术

技术编号:17589482 阅读:39 留言:0更新日期:2018-03-31 05:17
本发明专利技术涉及一种超塑性钛合金,该合金的组成及各元素含量的重量百分比(wt%)为:Al:2~4、V:2~4、Fe:0.2~2、Mo:0.2~3、Cr:0.2~3、Nb:0.2~3、O:0.1~0.3、Ni:0~4.5、Co:0~5,余量为Ti。本发明专利技术还公开了一种采用该超塑性钛合金制备板材的方法。本发明专利技术的钛合金及钛合金板材具有优异室温和高温力学性能匹配,满足超塑成形时对钛合金的要求。

A superplastic titanium alloy sheet and its preparation method

The invention relates to a superplasticity of titanium alloy, and the weight percentage composition of each element in the alloy's (wt%): Al:2 ~ 4, V:2 ~ 4, Fe:0.2 ~ 2, Mo:0.2 ~ 3, Cr:0.2 ~ 3, Nb:0.2 ~ 3, O:0.1 ~ 0.3, Ni:0 ~ 4.5, Co:0 ~ 5, the rest is Ti. The invention also discloses a method for preparing a plate by using the superplastic titanium alloy. The titanium alloy and titanium alloy plate of the invention match the mechanical properties of excellent room temperature and high temperature, and meet the requirements for titanium alloy during superplastic forming.

【技术实现步骤摘要】
一种超塑性钛合金板材及其制备方法
本专利技术属于合金
,具体涉及一种超塑性钛合金板材及其制备方法。
技术介绍
随着航空航天领域的快速发展,对材料自身减重和综合性能提出了更高的要求。为了满足上述要求,超塑性钛合金的研制工作受到了人们的高度重视。超塑性加工可制备综合性能良好的钛合金,具有一次成型、尺寸公差小、材质均匀等特点,主要用于制造大尺寸和形状复杂的零件,可减少连接件的使用,降低零件质量,节约成本。目前应用最广泛的超塑性钛合金为Ti-6Al-4V合金,但其超塑成形温度通常高于900℃,且应变速率较低,成形过程中会降低合金抗氧化性,产生过多的α相,使得合金延伸率降低。因此,Ti-6Al-4V合金并非最佳超塑成形材料,需要探索具有低温超塑性成形新型钛合金。目前最常用的降低钛合金超塑成形温度的方法有两种:一是合金化,即添加β相稳定元素,降低β转变温度从而降低合金的超塑成形温度;二是细化晶粒,通过对材料进行大变形量的变形,结合控制静态、动态再结晶行为细化晶粒,利用细晶超塑性降低变形温度,提高成形时的应变速率。
技术实现思路
本专利技术目的是在于提出一种新型的Ti-Al-V-x(Fe、Mo、Cr、Nb、Ni、Co)系超塑性钛合金板材及其制备方法。现常用的超塑性钛合金的超塑成形温度通常在850℃以上,应变速率为1×10-3~10-4/s,对设备的要求比较高。目前,常见的超塑性钛合金有TC4、SP700、VST2K、ATI425和Ti54M。这些合金均为Ti-Al-V-Fe-Mo系两相钛合金,考虑到Al元素含量过高会使合金的变形抗力增加,不利于合金的超塑成形,并且会提高合金超塑成形温度;加入过多的V元素会增加合金成本。因此,在对超塑性钛合金进行成分设计时,应适当降低合金中Al、V含量,可选择Fe、Mo、Cr、Nb、Ni、Co等β稳定元素。Fe元素稳定β相能力强,且价格低廉,Mo元素能有效抑制晶粒长大,利于获得细晶超塑性,Cr、Nb、Ni、Co元素的加入可稳定β相,降低相变点,进而降低超塑成形温度。本专利技术的技术方案是:一种具有较低成形温度的超塑性钛合金,该合金组成及其各元素含量的百分比(wt%)为Al:2~4,V:2~4,Fe:0.2~2,Mo:0.2~3,Cr:0.2~3,Nb:0.2~3,Ni:0~4.5,Co:0~5,余量为Ti。上述钛合金中还含有O,重量百分比(wt%)为:0.1~0.3。本专利技术的另一技术方案是:一种具有较低成形温度的新型超塑性钛合金制备方法,包括如下步骤:合金采用的原料为0级海绵Ti、金属Al豆、金属Cr、TiO2、Al-V、Al-Mo、Al-Nb、Fe-Mo、Ti-Fe、Al-Ni、Co-Ni中间合金。将海绵Ti、金属Al豆、金属Cr、TiO2和全部中间合金称量完毕后进行分层布料,压制成电极,通过两次真空自耗电极熔炼制备出超塑性钛合金铸锭。所述铸锭在1000~1020℃开坯。本专利技术还有另一技术方案是,一种具有较低成形温度的超塑性钛合金板材,采用上述具有较低超塑成形温度的钛合金制成。本专利技术还有另一技术方案是,一种具有较低成形温度的超塑性钛合金板材制备方法,包括如下步骤:将上述方法制备的铸锭在相变点以上开坯,逐步降温进行中间锻造制成板坯,对所述板坯在相变点以下60~70℃充分加热后,轧制成20mm厚的板材,随后对所述板材进行热处理,热处理温度为相变点以下30℃,保温时间2h,冷却方式为空冷。采用上述加工工艺制备Ti-Al-V-Fe-Mo-Cr-Nb-Ni-Co-O系合金板材,按照GB/T228.2-2010方法进行室温拉伸测试。本专利技术的合金性能为:室温抗拉强度不低于1000MPa,屈服强度不低于900MPa,延伸率不低于20%;晶粒尺寸不大于5μm;超塑性延伸率不低于1500%;最佳超塑成形温度不高于850℃;变形抗力不高于250MPa。本专利技术的Ti-Al-V-Fe-Mo-Cr-Nb-Ni-Co-O系合金板材具有优异的室温和高温力学性能匹配,可以获得具有较低成形温度的超塑性钛合金。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明,但并非因此而限制本专利技术的内容。下列实施例中的材料均可以通过商业途径购买,其中所使用的试验方法如无特殊说明,均为常规方法。实施例1制备Ti-3.5Al-3.5V-1Fe-0.2Mo-0.2Cr-0.2Nb-0.2O合金,原料为0级海绵Ti、金属Al豆、TiO2、金属Cr及Al-V、Ti-Fe、Al-Mo、Al-Nb中间合金,按照成分重量配比,将海绵Ti、金属Al豆、金属Cr、TiO2和中间合金称量完毕后进行分层布料,压制成电极,在真空自耗电弧炉内经过二次熔炼制备出Ti-3.5Al-3.5V-Fe-0.2Mo-0.2Cr-0.2Nb-0.2O合金铸锭。用金相法测得铸锭的相变点为915℃。铸锭在1000℃开坯,然后经过中间锻造成板坯,锻造加热温度逐步降至950℃,中间锻造3火次完成,每火次变形量不低于50%,然后对板坯在850℃充分加热后,在轧机上轧制成20mm厚板材。将上述制得的板材进行885℃/2h,AC固溶处理。从热处理后的板材上取实验样品进行力学性能的测试。室温拉伸性能测试是在MTS万能拉伸试验机上进行,采用YYU-10/50型电子引伸计,试验标准依据GB/T228.2-2010《金属材料室温拉伸试验方法》,屈服前和屈服后的拉伸速度均为2mm/min。变形抗力在GLEEBLE1500热模拟机上进行。所测材料性能如表1所示。表1Ti-3.5Al-3.5V-1Fe-0.2Mo-0.2Cr-0.2Nb-0.2O合金板材性能实施例2制备Ti-3.5Al-3.5V-0.2Fe-0.2Mo-1.8Cr-0.2Nb-0.2O合金,原料为0级海绵Ti、金属Al豆、TiO2、金属Cr、及Ti-Fe、Fe-Mo、Al-V、Al-Nb中间合金,按照成分重量配比,将海绵Ti、金属Al豆、TiO2、金属Cr和中间合金称量完毕后进行分层布料,压制成电极,在真空自耗电弧炉内经过二次熔炼制备出Ti-3.5Al-3.5V-0.2Fe-0.2Mo-1.8Cr-0.2Nb-0.2O合金铸锭。用金相法测得铸锭的相变点为930℃。铸锭在1020℃开坯,然后经过中间锻造成板坯,锻造加热温度逐步降至970℃,中间锻造3火次完成,每火次变形量不低于50%,然后对板坯在870℃充分加热后,在轧机上轧制成20mm厚板材。将上述制得的板材进行900℃/2h,AC固溶处理。从热处理后的板材上取实验样品进行力学性能的测试。室温拉伸性能测试是在MTS万能拉伸试验机上进行,采用YYU-10/50型电子引伸计,试验标准依据GB/T228.2-2010《金属材料室温拉伸试验方法》,屈服前和屈服后的拉伸速度均为2mm/min。变形抗力在GLEEBLE1500热模拟机上进行。所测材料性能如表2所示。表2Ti-3.5Al-3.5V-0.2Fe-0.2Mo-1.8Cr-0.2Nb-0.2O合金板材性能实施例3制备Ti-3.5Al-3.5V-0.2Fe-2.9Mo-0.2Cr-0.2Nb-0.18O合金,原料为海绵Ti、金属Al豆、金属Cr、TiO2及Al-V、Al-Mo、Fe-Mo、Al-Nb中间合金,按照成分重量配比,将海绵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超塑性钛合金,其特征在于:该合金的组成及各元素含量的重量百分比(wt%)为:Al:2~4,V:2~4,Fe:0.2~2,Mo:0.2~3,Cr:0.2~3,Nb:0.2~3,O:0.1~0.3,Ni:0~4.5,Co:0~5,余量为Ti。

【技术特征摘要】
1.一种超塑性钛合金,其特征在于:该合金的组成及各元素含量的重量百分比(wt%)为:Al:2~4,V:2~4,Fe:0.2~2,Mo:0.2~3,Cr:0.2~3,Nb:0.2~3,O:0.1~0.3,Ni:0~4.5,Co:0~5,余量为Ti。2.权利要求1所述超塑性钛合金的制备方法,包括如下步骤:所述合金采用的原料为0级海绵Ti、金属Al豆、金属Cr、TiO2、Al-V、Al-Mo、Al-Nb、Fe-Mo、Ti-Fe、Al-Ni、Co-Ni中间合金;将海绵Ti、金属Al豆、金属Cr、TiO2和全部中间合金称量完毕后进行...

【专利技术属性】
技术研发人员:张文婧叶文君惠松骁宋晓云田宁于洋李艳锋刘睿骆雨萌
申请(专利权)人:北京有色金属研究总院
类型:发明
国别省市:北京,11

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