一种强韧钛合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种强韧钛合金及其制备方法，本发明专利技术强韧钛合金，按质量含量计，包括Al 5.2～5.5％、Sn 1.6～1.8％、Mo 2.5～3.3％、Cr 0.9～1.0％、Nb 1.7～1.8％、Zr 2.5～30％和余量的Ti。本发明专利技术得到的钛合金的屈服强度：990.08‑1245.97MPa，抗拉强度：1189.56～1385.66MPa，延伸率：10.61％～8.21％；相比Ti‑6Al‑2Zr‑2Sn‑2Mo‑1.5Cr‑2Nb钛合金，强度得到明显提升。

【技术实现步骤摘要】
一种强韧钛合金及其制备方法
本专利技术涉及钛合金
，特别涉及一种强韧钛合金及其制备方法。
技术介绍
钛合金以其高比强度、高比模量、耐腐蚀等一系列优势，具有广泛的应用优势，在海洋工程、航空航天、生物医学、冶金、化工、轻工等诸多领域均得到重视。结构钛合金以其优异的可加工性及力学性能，在航空航天工业中强度高、形状复杂的零件制造，如航空飞机的机翼接头结构件、机身与起落架连接框、吊挂发动机接头等部位，以及对强度及耐久性要求高的重要或关键承力部件的制作。但作为航空结构的传统钛合金来讲，其强韧性综合力学性能难以满足日益苛刻的工业服役标准。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种强韧钛合金及其制备方法。本专利技术提供的钛合金强度和韧性综合力学性能优异，满足航空结构用钛合金的要求。本专利技术提供了一种强韧钛合金，按质量含量计，包括Al5.2～6.8％、Sn1.6～2.5％、Mo2.2～3.3％、Cr0.9～2.0％、Nb1.7～2.3％、Zr2.5～50％和余量的Ti。优选的，所述强韧钛合金包括包括Al5.2～5.5％、Sn1.6～1.8％、Mo2.5～3.3％、Cr0.9～1.0％、Nb1.7～1.8％、Zr2.5～30％和余量的Ti。优选的，所述强韧钛合金含有β相以及从原始β相中析出的α′相和α″相。本专利技术提供了上述技术方案所述的强韧钛合金的制备方法，包括以下步骤：(1)将合金原料熔炼后得到铸态合金坯；(2)将所述步骤(1)得到的铸态合金坯进行保温处理后变形，得到致密化合金坯；(3)将所述步骤(2)得到的致密化合金坯进行固溶处理，得到强韧钛合金。优选的，所述步骤(1)中熔炼为真空电弧熔炼，所述真空电弧熔炼的温度为2000～2900℃。优选的，所述步骤(1)中熔炼次数在5次以上，每次熔炼时间在1min以上。优选的，所述步骤(2)中保温处理的温度为880～950℃，保温处理的时间为0.5～1.0h。优选的，所述步骤(2)中变形为轧制变形；所述轧制变形的总变形量为65～70％，轧制变形的温度为880～950℃。优选的，所述轧制变形为多道次轧制，每道次的压下量为2～3mm；采用多道次轧制时，每道次轧制后，将轧制后合金坯在轧制变形的温度下保温5～10min。优选的，所述步骤(3)中固溶处理的保温温度为880～950℃，固溶处理的保温时间为4～6min，固溶处理的冷却方式为水淬。本专利技术提供了一种强韧钛合金，按质量含量计，包括Al5.2～5.5％、Sn1.6～1.8％、Mo2.5～3.3％、Cr0.9～1.0％、Nb1.7～1.8％、Zr2.5～30％和余量的Ti。本专利技术严格控制各元素的含量，提升钛合金的力学性能，其中共析型β稳定元素Cr降低了合金的相转变温度，使合金形成β相的能力增强，中性元素Sn和Zr均可大量溶解于α相Ti和β相Ti中，加入Sn、Zr可适当降低合金的相转变温度，且Sn降低了合金对氢脆的敏感性，并与Zr一起对合金起到补充强化作用，α稳定元素Al显著强化钛合金；还可以优化合金显微组织，Zr对Ti合金有性能补足与提升作用。本专利技术Zr元素的添加除了起到固溶强化的作用外，还适当降低了合金的α→β相转变温度，使得合金保留了更多的β相，β相为体心立方结构相对于密排六方结构的α相其滑移系较多，表现为塑性较好，且合金的原始β晶粒得到细化，原始β晶界密度增加，使得位错运动收到阻碍，强度进一步得到提升。实验结果表明，本专利技术得到的钛合金的屈服强度：990.08-1245.97MPa，抗拉强度：1189.56～1385.66MPa，延伸率：10.61％～8.21％；相比Ti-6Al-2Zr-2Sn-2Mo-1.5Cr-2Nb钛合金，抗拉强度分别提高8.14％，14.33％、18.76％、23.22％、25.97％。附图说明图1为实施例1制得的钛合金的金相光学显微图；图2为实施例2制得的钛合金的金相光学显微图；图3为实施例3制得的钛合金的金相光学显微图；图4为实施例4制得的钛合金的金相光学显微图；图5为实施例5制得的钛合金的金相光学显微图；图6为本专利技术拉伸性能测试用拉伸试样尺寸图。具体实施方式本专利技术提供了本专利技术提供了一种强韧钛合金，按质量含量计，包括Al5.2～6.8％、Sn1.6～2.5％、Mo2.2～3.3％、Cr0.9～2.0％、Nb1.7～2.3％、Zr2.5～50％和余量的Ti。所述强韧钛合金包括包括Al5.2～5.5％、Sn1.6～1.8％、Mo2.5～3.3％、Cr0.9～1.0％、Nb1.7～1.8％、Zr2.5～30％和余量的Ti。本专利技术提供的强韧钛合金，按质量含量计，包括Al5.2～6.8％，优选为5.2～5.5％，更优选为5.3％。在本专利技术中，所述Al用于形成钛铝合金的δ相组织；元素Al极大的提高了α相的稳定性和α-β转变温度，便于在固溶处理过程中在淬火后获得的均为细小的α相，可以大幅提高钛合金的比强度，同时也可以使合金在一定程度上实现轻量化。本专利技术提供的强韧钛合金，按质量含量计，包括Sn1.6～2.5％，优选为1.6～1.8％，进一步优选为2.2～2.4％。在本专利技术中，所述Sn在α/β-Ti中的溶解度较高，且Sn降低了合金对氢脆的敏感性，并与Zr一起对合金起到补充强化作用；并且Sn和Ti可形成硬质复杂钛化合物，起耐磨和抵抗配副的破坏作用，能有效解决钛合金初始磨损严重的问题，大大提高使用寿命。还可以抵消杂质N的有害作用，提高合金的耐蚀性，同时严格控制Sn元素的含量避免Sn含量高于4％，Ti、Sn硬质复杂化合物增多，会降低合金的塑性和抗拉强度的弊端。本专利技术提供的强韧钛合金，按质量含量计，包括Mo2.2～3.3％，优选为Mo2.5～3.3％，进一步优选为2.6～2.8％。在本专利技术中，所述Mo固溶强化β相，降低相变点，增强淬透性，从而增强热处理强化效果；Mo元素的添加还可以改善合金的耐蚀性。本专利技术提供的强韧钛合金包括Cr0.9～2.0％，进一步优选为0.9～1.0％。在本专利技术中，所述Cr属于共析型β相稳定元素，不仅可以拓宽双相区，作为自钝化金属还可以增强合金的耐腐蚀性能。Cr元素的添加，稳定β相，能显著提高钛合金基体的室温强度。Cr能够降低α-β转变温度，调控TC钛合金中的组织组成。Cr在α-Ti和α-Zr中的溶解度溶解度都很低。Cr可以提高钛合金的强度，但强化作用比Sn弱，且铬对于钛合金的强度蠕变抗力也有改善作用。加入Cr不仅有强烈的β稳定效果，而且由Cr稳定的β相比其他同晶型稳定β稳定元素具有更高的延展性和韧性。本专利技术提供的强韧钛合金，按质量含量计，包括Nb1.7～2.3％，优选为1.7～1.8％，还可以优选为2.1～2.22％。本专利技术在Ti中加入适量的Nb可以抑制C、Al及N的有害作用，减少吸氢量，提高耐蚀性能，使合金得到强化。本专利技术提供的强韧钛合金，按质量含量计，包括Zr2.5～50％，优选为2.5～30％，进一步优选为5～28％，更优选为8～15％。在本专利技术中，由于Zr元素的添加会引起晶格畸变，这些缺陷会导致在形核过程中，形核点增多，形核的密度增加，起到晶粒细化到作用；在基体钛中添加了元素Zr，对相变温度影响不大的中性元素Zr与Ti形成无限固溶体，从而实现固溶强化，且Zr的致钝电位较Ti更负，即使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强韧钛合金，按质量含量计，包括Al 5.2～6.8％、Sn 1.6～2.5％、Mo 2.2～3.3％、Cr 0.9～2.0％、Nb 1.7～2.3％、Zr 2.5～50％和余量的Ti。

【技术特征摘要】
1.一种强韧钛合金，按质量含量计，包括Al5.2～6.8％、Sn1.6～2.5％、Mo2.2～3.3％、Cr0.9～2.0％、Nb1.7～2.3％、Zr2.5～50％和余量的Ti。2.根据权利要求1所述的强韧钛合金，其特征在于，所述强韧钛合金包括包括Al5.2～5.5％、Sn1.6～1.8％、Mo2.5～3.3％、Cr0.9～1.0％、Nb1.7～1.8％、Zr2.5～30％和余量的Ti。3.根据权利要求1或2所述的强韧钛合金，其特征在于，所述强韧钛合金含有β相以及从原始β相中析出的α′相和α″相。4.权利要求1～3任意一项所述的强韧钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将合金原料熔炼后得到铸态合金坯；(2)将所述步骤(1)得到的铸态合金坯进行保温处理后变形，得到致密化合金坯；(3)将所述步骤(2)得到的致密化合金坯进行固溶处理，得到强韧钛合金。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘日平，刘曙光，李波，马明臻，景勤，张新宇，于鹏飞，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13