一种损伤容限中强钛合金制造技术

本发明专利技术公开了一种损伤容限中强钛合金，由以下质量百分含量的成分组成：铝5.5％～7.0％，锆2.0％～3.5％，钼2.0％～3.5％，铌2.0％～3.5％，余量为钛和不可避免的杂质；所述损伤容限中强钛合金在退火状态下的室温抗拉强度为900MPa～1000MPa，室温断裂韧性KIC≥70MPa·m1/2，当R＝0.1且ΔK＝11MPa·m1/2时，室温疲劳裂纹扩展速率da/dN≤3.5×10-5mm/cycle。本发明专利技术的损伤容限中强钛合金中不含对人体有害的元素钒，加入了不易氧化的元素铌，总体上原材料成本没有明显增加，但是材料性能更加稳定，提高了材料应用的安全性和可靠性。

Titanium alloy with high damage tolerance

The invention discloses a strong damage tolerance titanium alloy, which is composed of the following contents: 5.5% to 7% components of aluminum, zirconium 2% ~ 3.5%, 2% ~ 3.5% Mo, Nb 2% ~ 3.5%, titanium and unavoidable impurities in balance; the damage tolerance of strong tensile strength of titanium alloy in annealing under the condition of 900MPa ~ 1000MPa, KIC = 70MPa, room temperature fracture toughness of m1/2, when R = 0.1 and K = 11MPa - m1/2 at room temperature, the fatigue crack growth rate of da/dN is less than 3.5 * 10-5mm/cycle. The invention of the damage tolerance of strong titanium alloy does not contain harmful elements vanadium, adding to oxidation element niobium, no raw materials costs generally increased significantly, but the material performance is more stable, improve the safety and reliability of the application materials.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钛合金材料
，具体涉及一种损伤容限中强钛合金。
技术介绍
目前世界上用量最大的钛合金是20世纪50年代前美国率先研发的Ti-6Al-4V钛合金，占到整个钛合金用量的50％以上。前苏联在20世纪60年代末70年代初针对该合金研发了自己的Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金，并在俄钛工业界得到广泛应用。但上述两种主力钛合金均含有对人体有害的元素钒。发展我国损伤容限钛合金体系和开发新型的不含易氧化元素和对人体有害元素且要求制备及力学性能与美国Ti-6Al-4VELI合金相当的中强钛合金是大趋势。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种损伤容限中强钛合金。该中强钛合金中不含对人体有害的元素钒，加入了不易氧化的元素铌，总体上原材料成本没有明显增加，但是材料性能更加稳定，提高了材料应用的安全性和可靠性，中强钛合金在退火状态下的室温抗拉强度为900MPa～1000MPa，屈服强度为800MPa～900MPa，室温断裂韧性KIC≥70MPa·m1/2，当应力比R＝0.1且应力强度因子ΔK＝11MPa·m1/2时，室温疲劳裂纹扩展速率da/dN≤3.5×10-5mm/cycle，综合性能优于广泛使用的美国Ti-6Al-4VELI合金。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种损伤容限中强钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：铝5.5％～7.0％，锆2.0％～3.5％，钼2.0％～3.5％，铌2.0％～3.5％，余量为钛和不可避免的杂质；所述损伤容限中强钛合金在退火状态下的室温抗拉强度为900MPa～1000MPa，室温断裂韧性KIC≥70MPa·m1/2，当R＝0.1且ΔK＝11MPa·m1/2时，室温疲劳裂纹扩展速率da/dN≤3.5×10-5mm/cycle。上述的一种损伤容限中强钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：铝5.6％～6.9％，锆2.05％～3.45％，钼2.3％～3.4％，铌2.27％～3.35％，余量为钛和不可避免的杂质。上述的一种损伤容限中强钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：铝6.7％，锆2.82％，钼3.01％，铌3.05％，余量为钛和不可避免的杂质。上述的一种损伤容限中强钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：铝6.0％，锆2.60％，钼2.93％，铌2.70％，余量为钛和不可避免的杂质。上述的一种损伤容限中强钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：铝6.6％，锆2.05％，钼2.70％，铌2.77％，余量为钛和不可避免的杂质。上述的一种损伤容限中强钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：铝5.6％，锆3.45％，钼3.40％，铌3.35％，余量为钛和不可避免的杂质。上述的一种损伤容限中强钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：铝6.9％，锆3.05％，钼2.30％，铌2.27％，余量为钛和不可避免的杂质。上述的一种损伤容限中强钛合金，其特征在于，所述钛合金中不可避免的杂质的质量百分含量依次为：铁≤0.05％，碳≤0.02％，氮≤0.008％，氧≤0.16％，氢≤0.009％，硅≤0.04％，其他杂质元素含量均不大于0.10％。上述的一种损伤容限中强钛合金，其特征在于，所述其他杂质元素为钒、镍、铬、锰和铜。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术的中强钛合金中不含对人体有害的元素钒，加入了不易氧化的元素铌，总体上原材料成本没有明显增加，但是材料性能更加稳定，提高了材料应用的安全性和可靠性。2、本专利技术的中强钛合金以钛为主体元素，以α相稳定元素铝、中性元素锆、β相稳定元素钼和铌为合金元素，其中α相稳定元素铝能显著提高钛合金的(α+β)-β相变温度，显著提高α相与β相的室、高温强度、提高钛合金的抗高温氧化性，中性元素锆能够提高钛合金的热强性、不降低其室温塑性，锆在α相与β相中均可形成无限固溶体，在合金冷却过程中，对β相向α’马氏体相的转变具有一定的抑制作用，是钛合金中的调和剂，β稳定元素钼和铌均能够降低(α+β)-β相变温度，扩大热加工窗口、增加钛合金的可热处理性，适当提高α相与β相的强度、提高钛合金的抗高温氧化性，提高钛合金的耐酸腐蚀性，铌具有较弱的β相稳定作用，但可以“润滑”钛合金中其他β稳定元素，避免其他β稳定元素带来的负面影响。3、本专利技术的中强钛合金在退火状态下的室温抗拉强度为900MPa～1000MPa，屈服强度为800MPa～900MPa，室温断裂韧性KIC≥70MPa·m1/2，当应力比R＝0.1且应力强度因子ΔK＝11MPa·m1/2时，室温疲劳裂纹扩展速率da/dN≤3.5×10-5mm/cycle，综合性能优于广泛使用的美国Ti-6Al-4VELI合金。4、本专利技术的中强钛合金的制备方法简单，按照常规钛合金制备方法即可制得。下面通过实施例对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。具体实施方式实施例1本实施例的损伤容限中强钛合金由以下质量百分含量的成分组成：铝6.7％，锆2.82％，钼3.01％，铌3.05％，余量为钛和不可避免的杂质。本实施例的钛合金的制备方法为：按照钛合金的成分熔炼制备铝钼中间合金和铝铌中间合金，然后将海绵锆、海绵钛、铝钼中间合金和铝铌中间合金混合均匀压制电极，按常规方法经三次真空自耗电弧炉熔炼得到钛合金铸锭。经检测：本实施例的钛合金中不可避免的杂质的质量百分含量满足以下条件：铁≤0.05％，碳≤0.02％，氮≤0.008％，氧≤0.16％，氢≤0.009％，硅≤0.04％，其他杂质元素含量均不大于0.10％，所述其他杂质元素为钒、镍、铬、锰和铜。将本实施例制备的钛合金铸锭依次经开坯锻造、中间锻造和成品锻造等常规钛合金加工工艺，制备成钛合金棒材。将制备的钛合金棒材在750℃退火60min后空冷，然后测量退火后的中强钛合金的室温抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、塑性延伸率A5、面缩率Z、断裂韧性KIC和室温疲劳裂纹扩展速率da/dN(应力比R＝0.1且应力强度因子ΔK＝11MPa·m1/2)，结果见表1和表2。实施例2本实施例的损伤容限中强钛合金由以下质量百分含量的成分组成：铝6.0％，锆2.60％，钼2.93％，铌2.70％，余量为钛和不可避免的杂质。...

【技术保护点】
一种损伤容限中强钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：铝5.5％～7.0％，锆2.0％～3.5％，钼2.0％～3.5％，铌2.0％～3.5％，余量为钛和不可避免的杂质；所述损伤容限中强钛合金在退火状态下的室温抗拉强度为900MPa～1000MPa，室温断裂韧性KIC≥70MPa·m1/2，当R＝0.1且ΔK＝11MPa·m1/2时，室温疲劳裂纹扩展速率da/dN≤3.5×10‑5mm/cycle。

【技术特征摘要】
1.一种损伤容限中强钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的
成分组成：铝5.5％～7.0％，锆2.0％～3.5％，钼2.0％～3.5％，铌2.0％～
3.5％，余量为钛和不可避免的杂质；所述损伤容限中强钛合金在退火状态
下的室温抗拉强度为900MPa～1000MPa，室温断裂韧性KIC≥70MPa·m1/2，
当R＝0.1且ΔK＝11MPa·m1/2时，室温疲劳裂纹扩展速率da/dN≤3.5×
10-5mm/cycle。
2.根据权利要求1所述的一种损伤容限中强钛合金，其特征在于，
由以下质量百分含量的成分组成：铝5.6％～6.9％，锆2.05％～3.45％，钼
2.3％～3.4％，铌2.27％～3.35％，余量为钛和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的一种损伤容限中强钛合金，其特征在于，
由以下质量百分含量的成分组成：铝6.7％，锆2.82％，钼3.01％，铌3.05％，
余量为钛和不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的一种损伤容限中强钛合金，其特征在于，
由以下质量百分含量的成分组成：铝6.0％，锆2.60％，钼2.93％，铌2.7...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲恒磊，李明强，邓超，康彦，李明利，赵永庆，
申请(专利权)人：西部金属材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61