一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料制造技术

本发明专利技术公开了一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料，由以下质量百分比的成分组成：Al 3.5％～5.5％，Mo 3.5％～4.5％，Cr 1.5％～4.5％，Zr 3.5％～4.5％，Sn 1.5％～2.5％，Fe 1％～2％，Nb 2％～4％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述β钛合金的力学性能为：抗拉强度1250MPa～1450MPa，断后伸长率10％～18％，断面收缩率30％～55％，疲劳强度800MPa～1100MPa。本发明专利技术β钛合金内添加有同晶型β稳定元素Mo、Nb，共析型β稳定元素Cr、Fe，以及中性元素Zr和Sn。Mo可以通过固溶强化使基体强化和细化晶粒，这种晶粒细化效应，也能起到改善塑性的作用；Nb改善钛合金的冷加工性及耐腐蚀性。Cr、Fe与钛形成的二元系中，存在共析转变，采用Zr和Sn避免出现共析脆性。

A cold forming high strength and high plastic beta titanium alloy

The present invention discloses a cold forming high strength and high plastic beta titanium alloy material, which consists of the following mass percentage components: Al 3.5% ~ 5.5%, Mo 3.5% ~ 4.5%, Cr 1.5% ~ 4.5%, Zr 3.5% ~ 4.5%, Sn 1.5% 2.5%, Fe 2%, Nb 2% 2% ~ 4%, the allowance for Ti and non avoidable impurities; The mechanical properties of the alloy are as follows: tensile strength 1250MPa to 1450MPa, elongation at 10% to 18%, contraction rate of 30% to 55%, and fatigue strength 800MPa to 1100MPa. The beta titanium alloy of the invention is composed of isomorphic beta stable elements Mo and Nb, eutectoid type beta stable elements Cr and Fe, and neutral elements Zr and Sn. Mo can strengthen and refine the grain by solid solution strengthening, the grain refinement effect and the effect of improving the plasticity; Nb improves the cold working and corrosion resistance of the titanium alloy. Eutectoid transformation exists in the two component system formed by Cr, Fe and titanium. Zr and Sn are used to avoid eutectoid brittleness.

【技术实现步骤摘要】
一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料
本专利技术属于钛合金材料
，具体涉及一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料及其管材、棒材和板材的制备方法。
技术介绍
β型钛合金一般具有高的比强度和较低的弹性模量，同时兼有高韧性、高疲劳极限，以及优良的冷热加工性能，易锻造，可通过固溶时效处理获得较好的强塑性匹配。被广泛应用于航空航天、舰船、生物医疗等领域，是重要的结构材料之一。目前，典型的β钛合金有：Ti-38644、Ti-5553、Ti-15-3、β-CEZ和Ti-1023等，由于最初设计开发的应用目标不同，适于制备管材的β钛合金很少。由于β钛合金变形抗力大以及冷加工回弹大等特点，给β钛合金厚壁管材的冷加工增大了难度。厚壁管在时效强化处理后强度达到1200MPa以上时，塑性会大幅度降低，难以满足实用要求。所有在强度和冷加工性能等方面无法满足海军舰船以及航空航天领域对部分特殊性能材料的要求，世界各国对于提高管材的极限强度一直是一个热点。为满足我国航空、航天以及舰船等领域对高强钛合金管材(1250MPa以上)的需要，以国外先进成熟可靠、且使用过的β钛合金为基础，开展相关高强度高塑性适于冷加工的β钛合金材料研究，扩大推广我国β钛合金材料体系具有重要意义。
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，提供了一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料。该β钛合金β稳定系数为1.36，Mo当量为15.526。较多的β稳定元素可以获得足够的β相及提高β相的稳定性。本专利技术的β钛合金内添加有同晶型β稳定元素Mo和Nb，共析型β稳定元素Cr、Fe，以及中性元素Zr和Sn。添加3.5％～4.5％的Mo，Mo可以通过固溶强化使基体强化，Mo的加入还可细化晶粒，这种晶粒细化效应，也能起到改善合金塑性的作用；添加2～5％Nb，可以改善钛合金的冷加工性及耐腐蚀性。从成本上来说，共析型的β稳定元素Cr、Fe更有优势，而且其β稳定作用也更强，但是该类元素与钛形成的二元系中，存在共析转变，在含量高时有可能生成化合物相，引起脆性，而本专利技术中采用中性元素3.5～4.5％Zr和1.5～2.5％Sn避免出现上述的共析脆性。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al3.5％～5.5％，Mo3.5％～4.5％，Cr1.5％～4.5％，Zr3.5％～4.5％，Sn1.5％～2.5％，Fe1％～2％，Nb2％～4％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述β钛合金的力学性能为：抗拉强度1250MPa～1450MPa，断后伸长率10％～18％，断面收缩率30％～55％，疲劳强度800MPa～1100MPa，所述β钛合金的冷加工变形量大于40％。上述的一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al4％～5％，Mo3.8％～4.2％，Cr2％～4.1％，Zr3.9％～4.1％，Sn1.9％～2.1％，Fe1.0％～1.5％，Nb2.7％～3.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。上述的一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al5％，Mo4％，Cr2％，Zr4％，Sn2％，Fe1.5％，Nb3％，余量为Ti和不可避免的杂质。上述的一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al5％，Mo4％，Cr4％，Zr4％，Sn2％，Fe1.5％，Nb3％，余量为Ti和不可避免的杂质。上述的一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al4％，Mo4％，Cr4％，Zr4％，Sn2％，Fe1.5％，Nb3％，余量为Ti和不可避免的杂质。本专利技术高强高塑β钛合金的制备方法包括以下步骤：步骤一、将零级海绵钛和HZr-1级海绵锆、铝豆、Al-60％Mo、Ti-80Sn、JCr99-A级Cr、Fe钉以及Al-70％Nb混合压制成电极块，然后将所述电极块焊接成电极，将电极置于真空自耗电弧炉中熔炼3次得到β钛合金铸锭；步骤二、对步骤一中所述β钛合金铸锭在温度为1000℃～1100℃的条件下进行β相区的开坯锻造，锻造成方坯；步骤三、然后将步骤二中所述方坯轧制成β钛合金棒材、β钛合金管材或β钛合金板材，β钛合金棒材、β钛合金管材和β钛合金板材经固溶时效处理，获得强度与塑性的良好匹配的β钛合金材料。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术的新型β钛合金在固溶状态具有较好的冷加工性能，可以加工成管材及板材等，冷变形量达到40％以上。同时具有较好的热加工性，可以制成锻件、棒材等。本专利技术的一种适合于冷加工的高强高塑近β钛合金经固溶时效后的室温强度与塑性匹配关系为Rm＝1250MPa～1450MPa，A＝10％～18％，Z＝30％～55％，疲劳强度：800MPa～1100MPa。2、本专利技术的β钛合金材料可以制成高强高塑的β钛合金管材、β钛合金棒材和β钛合金板材等产品。下面通过实施例对本专利技术的技术方案作进一步的详细说明。具体实施方式实施例1本实施例的一种可冷成型的高强度高韧性β钛合金管材，由以下质量百分含量的成分组成：Al：5.2％，Mo：4.2％，Cr：4.1％，Zr：3.9％，Sn2.1％，Fe：1.7％，Nb：3.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。本实施例的高强度高韧性β钛合金管材制备方法包括以下步骤：步骤一、将零级海绵钛和HZr-1级海绵锆、铝豆、Al-60％Mo、Ti-80Sn、JCr99-A级Cr、Fe钉以及Al-70％Nb混合压制成电极块，然后将所述电极块焊接成电极，将电极置于真空自耗电弧炉中熔炼3次得到β钛合金铸锭；步骤二、对步骤一中得到的β钛合金铸锭在温度为1100℃的条件下进行β相区的开坯锻造，锻造成方坯，然后将方坯在两相区(温度为830℃)进行三镦三拔后滚圆成棒坯，再将所述棒坯通过钻孔机加工成挤压管坯；步骤三、将步骤二加工成的挤压管坯在两相区(830℃)热挤压成冷轧管坯，将所述冷轧管坯进行固溶处理；步骤四、将步骤三所述的固溶处理后的冷轧管坯在冷轧机组上完成两辊大变形量开坯轧制，总变形量为42.5％，随后采用小角度多辊精轧成β钛合金管材成品；步骤五、将步骤四得到的β钛合金管材成品加热到800℃保温1小时，然后空冷的固溶处理，以及580℃保温8小时空冷的时效热处理，β钛合金管材成品在800℃/1hAC+580℃/8hAC条件下热处理后所获得的β钛合金管材成品的力学性能为Rm＝1334MPa，A＝17.5％，Z＝52％；疲劳强度为989.9MPa(周次107，R＝0.1)。实施例2本实施例的高强度高韧性β钛合金管材，由以下质量百分含量的成分组成：Al：5％，Mo：4％，Cr：2％，Zr：4％，Sn：2％，Fe：1.5％，Nb：3％，余量为Ti和不可避免的杂质。本实施例的高强度高韧性β钛合金管材制备方法包括以下步骤：步骤一、将零级海绵钛和HZr-1级海绵锆、铝豆、Al-60％Mo、Ti-80Sn、JCr99-A级Cr、Fe钉以及Al-70％Nb混合压制成电极块，然后将所述电极块焊接成电极，将电极置于真空自耗电弧炉中熔炼3次得到β钛合金铸锭；步骤二、对步骤一中得到的β钛合金铸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 3.5％～5.5％，Mo 3.5％～4.5％，Cr 1.5％～4.5％，Zr 3.5％～4.5％，Sn 1.5％～2.5％，Fe 1％～2％，Nb 2％～4％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述β钛合金的力学性能为：抗拉强度1250MPa～1450MPa，断后伸长率10％～18％，断面收缩率30％～55％，疲劳强度800MPa～1100MPa；所述β钛合金的冷加工变形量大于40％。

【技术特征摘要】
1.一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al3.5％～5.5％，Mo3.5％～4.5％，Cr1.5％～4.5％，Zr3.5％～4.5％，Sn1.5％～2.5％，Fe1％～2％，Nb2％～4％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述β钛合金的力学性能为：抗拉强度1250MPa～1450MPa，断后伸长率10％～18％，断面收缩率30％～55％，疲劳强度800MPa～1100MPa；所述β钛合金的冷加工变形量大于40％。2.根据权利要求1所述的一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al4％～5％，Mo3.8％～4.2％，Cr2％～4.1％，Zr3.9％～4.1％，Sn1.9％～2.1％，Fe1.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚运莲，曾立英，杜宇，赵彬，辛社伟，周伟，李倩，赵恒章，刘伟，孙花梅，张思远，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：陕西,61