本申请公开了一种含Fe的低成本近β型高强钛合金，其特征在于，所述钛合金中所含合金元素重量百分比为：Al：2.5％～5.5％；Fe：0.5～2.2％；Mo：4.7％～5.7％；Cr：3.5％～4.5％；Zr：1.5％～3.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。该钛合金在保证合金力学性能的基础上，用Fe、Al、Zr等廉价元素代替V等昂贵元素，大大降低了钛合金的成本。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种含Fe的低成本近β型高强钛合金，属于金属材料的制备加工领域。
技术介绍
现有技术已知，钛及钛合金属于高强耐蚀轻质合金，同时它们还具有良好的耐高温和耐低温性能，因此，钛及钛合金被广泛应用于航空航天、石油化工和船舶装备等领域。而β型钛合金由于其具有高强度和高韧性，提供了钛合金中最高的比强度，因此在某些应用如大型飞机起落架、结构件等方面，β钛合金占有相当大的份额。目前广泛应用的商业β钛合金有VT22、Ti-15-3、Ti-10-2-3、β21S等，这些合金中都加入了一定含量的V元素(其中VT22中5％的V、Ti-15-3中15％的V、Ti-10-2-3中10％的V)或大量的难熔元素Mo(β21S中15％的Mo)，使得上述β钛合金加工起来更加困难、成本大大升高。专利号为200710018529.6、名称为“一种高强高韧钛合金”的专利中的公开了一种高强高韧钛合金，合金名义成分为Ti-4Al-6V-6Cr-5Mo，该合金的抗拉强度≥1200MPa，断裂韧性KIC≥65MPa·m1/2。但是，由于合金中加入了4～8％的V，使得该钛合金的制造成本显著提高。专利号为201010141057.5、名称为“β钛合金及其制备方法”的专利中公开了一种β钛合金，该钛合金的组成为：铁0.5～2.5％，铝1.5～3.5％，铬2～4％，铌6～11％，其中的百分含量为质量百分比。实验结果表明：该钛合金固溶态的室温拉伸强度为850MPa以上，延伸率为15％以上；时效态的室温拉伸强度1300MPa以上，延伸率为4％以上。但由于其中加入了6～11％的Nb元素，Nb元素价格高且较难熔，无疑提高了该钛合金的成本。专利号为201110117619.7、名称为“一种近β型高强钛合金”的专利公开了一种近β高强钛合金，该钛合金各组成元素的重量百分比为：Al：2.5％～3.5％，V：2.8％～3.5％，Mo：2.9％～4.5％，Cr：1.5％～2.9％，Zr：4.1％～6％，Sn：2％～4％，Fe：1％～2％。该钛合金维持了近β型钛合金良好的力学性能，只加入了少量昂贵元素V，在一定程度上降低了合金的生产成本，然而，该合金中包含了Ti、Al、V、Mo、Cr、Zr、Sn、Fe等八种元素，使得合金的冶炼的成本提高，而且其成分均匀性也难以得到保证。因此，为了克服现有技术所存在的上述缺陷，特提出本申请。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种含Fe的低成本近β型高强钛合金，该钛合金在保证合金力学性能的基础上，用Fe、Al、Zr等廉价元素代替V等昂贵元素，大大降低了钛合金的成本。一种含Fe的低成本近β型高强钛合金，其特征在于，所述钛合金中所含合金元素重量百分比为：Al：2.5％～5.5％；Fe：0.5～2.2％；Mo：4.7％～5.7％；Cr：3.5％～4.5％；Zr：1.5％～3.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。优选地，所述钛合金中所含的合金元素重量百分比为：Al：3％～5％；Fe：0.5～2.2％；Mo：5％；Cr：4％；Zr：2％，余量为Ti和不可避免的杂质。优选地，所述不可避免的杂质包括：C≤0.05％；N≤0.04％；H≤0.01％；O≤0.15％，其他杂质单元素含量均≤0.01％，总杂质含量≤0.3％，所述百分比为重量百分比。优选地，所述钛合金中，铝当量[Al]eq≤8.5，钼当量[Mo]eq为11～20；[Al]eq计算公式如下：[Al]eq＝％Al+％Zr/6；[Mo]eq计算公式如下：[Mo]eq＝％Mo+％Cr/0.63+％Fe/0.35；Kβ＝CMo/10+CFe/5+CCr/7，其值为1.13～1.65。根据本申请的又一个方面，提供了一种含Fe的低成本近β型高强钛合金的制备方法。一种含Fe的低成本近β型高强钛合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)按所述钛合金各成分含量计算出所需海绵钛、Al-Mo中间合金、单质铁、电解铬和海绵锆的量，并按照计算结果进行称量，得到称量好的原料；(2)将称量好的原料放入真空悬浮熔炼炉中，抽真空，随后充入氩气作为保护气体，在1700℃～1800℃进行首次熔炼，得到铸锭粗品；(3)待步骤(2)所得的铸锭粗品冷却后，将所述铸锭倒置，进行二次熔炼，二次熔炼的温度与时间与第一次相同；如此反复熔炼多次，得到铸锭精品；(4)对步骤(3)所得的铸锭精品进行开坯锻造，得到大尺寸锻件；(5)对步骤(4)所得的大尺寸锻件进行二次锻造，得到板材或棒材；(6)将步骤(5)所得的板材或棒材取样后进行固溶热处理，空冷，然后进行时效热处理，空冷，得到所述的含Fe的低成本近β型高强钛合金。优选地，所述步骤(2)具体包括：将称量好的原料放入真空悬浮熔炼炉中，抽真空到5×10-3Pa以下，随后充入氩气作为保护气体，在1700℃～1800℃左右进行首次熔炼10min；得到铸锭粗品。优选地，充入氩气至0.5～0.7×105Pa后再进行首次熔炼。优选地，步骤(3)中，熔炼的次数为2-4次。优选地，所述的熔炼次数为3次。优选地，所述步骤(4)具体包括：将铸锭精品去头和尾，在1000℃～1100℃开坯锻造成Φ40mm短棒坯或厚板，变形量为50-70％，破碎粗大原始晶粒；随后在800℃～900℃二次锻造成Φ20mm棒材或板材。优选地，所述步骤(5)具体包括：对棒材在760-790℃进行固溶热处理1.5h；空冷；然后在580℃进行时效热处理8h，空冷。与现有的近β型钛合金相比，本申请的有益效果是：(1)本申请所提供的含Fe的低成本近β型高强钛合金，其合金元素重量百分比为：Al：2.5％～5.5％；Fe：0.5～2.2％；Mo：4.7％～5.7％；Cr：3.5％～4.5％；Zr：1.5％～3.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。由此可见，该钛合金避免使用价格昂贵的V，而是用其它廉价一些的元素代替，如Fe、Al、Zr，其中Al是很强的钛合金α稳定元素，增加原子间结合力使晶粒细化，提高强度；Fe是极强的β稳定元素，价格低廉，有很好的固溶强化作用，并且Fe的加入可以显著加快合金的时效响应速度；Mo是常用的β稳定元素，可以减小原子扩散速率，改善蠕变强度；Cr也是极强的β稳定元素，以置换方式熔于β相中，起固溶强化的作用；Zr是钛合金中性元素，在Ti中有很大的溶解度，起补充强化的作用。本申请中，通过以上各元素的合适的配比，使所得到的钛合金的强度得到了保证，而钛合金的生产成本得到了大大地降低。(2)本申请所提供的近β型钛合金的强度高。拉伸实验结果表明，本申请的近β型钛合金，其拉伸强度Rm在1240MPa以上，伸长率A在7％以上，断面收缩率Z在12％以上，且组织均匀，是一种综合性能优异的近β型钛合金。(3)本申请所提供的近β型钛合金的制备方法，简单易行，可操作性强。附图说明图1为实施例2中所提供的近β型钛合金的显微组织图具体实施方式下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。本申请的所提供的低成本近β钛合金，采用0级海绵钛、铁单质、Al-Mo中间合金、电解铬和海绵锆为原料。实施例1本实施例钛合金名义成分Ti-4Al-5Mo-2Fe-4Cr-2Zr，按本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含Fe的低成本近β型高强钛合金，其特征在于，所述钛合金中所含合金元素重量百分比为：Al：2.5％～5.5％；Fe：0.5～2.2％；Mo：4.7％～5.7％；Cr：3.5％～4.5％；Zr：1.5％～3.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
1.一种含Fe的低成本近β型高强钛合金，其特征在于，所述钛合金中所含合金元素重量百分比为：Al：2.5％～5.5％；Fe：0.5～2.2％；Mo：4.7％～5.7％；Cr：3.5％～4.5％；Zr：1.5％～3.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的含Fe的低成本近β型高强钛合金，其特征在于，所述钛合金中所含的合金元素重量百分比为：Al：3％～5％；Fe：0.5～2.2％；Mo：5％；Cr：4％；Zr：2％，余量为Ti和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的含Fe的低成本近β型高强钛合金，其特征在于，所述不可避免的杂质包括：C≤0.05％；N≤0.04％；H≤0.01％；O≤0.15％，其他杂质单元素含量均≤0.01％，总杂质含量≤0.3％，所述百分比为重量百分比。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的含Fe的低成本近β型高强钛合金，其特征在于，所述钛合金中，铝当量[Al]eq≤8.5，钼当量[Mo]eq为11～20；[Al]eq计算公式如下：[Al]eq＝％Al+％Zr/6；[Mo]eq计算公式如下：[Mo]eq＝％Mo+％Cr/0.63+％Fe/0.35；Kβ＝CMo/10+CFe/5+CCr/7，其值为1.13～1.65。5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的含Fe的低成本近β型高强钛合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)按所述钛合金各成分含量计算出所需海绵钛、Al-Mo中间合金、单质铁、电解铬和海绵锆的量，并按照计算结果进行称量，得到称量好的原料；(2)将...
【专利技术属性】
技术研发人员：常辉，李佳佳，高桦，董月成，李栋，倪宏健，周廉，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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