一种Ti-V-Mo-Zr-Cr-Al系高强亚稳β钛合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ti

【技术实现步骤摘要】
一种Ti
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V
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Mo
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Zr
‑
Cr
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Al系高强亚稳
β
钛合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于高性能合金材料
，具体为一种Ti
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V
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Mo
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Zr
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Cr
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Al系高强亚稳β钛合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]钛及钛合金具有优异的力学和物理性能，包括高比强度、低弹性模量、高疲劳抗力、高韧性、优异的耐腐蚀性、良好的可成形性和优异的生物相容性，在航空航天、能源行业、石油化工以及生物医学等领域都有广泛应用。对于高强钛合金Ti1023、Ti5553、Ti55531等来说，此类合金时效后屈服强度一般为1200～1300MPa左右，其锻件已成功应用于飞机起落架、连杆等关键零部件。
[0003]一般来说，高强高韧钛合金的类型主要以近β钛合金和亚稳β钛合金为主，Mo当量一般在7～15之间，该类合金兼具α+β两相和β相合金的性能特征，即在固溶态下，具有良好的冷加工性能、良好的强度、塑性和韧性综合力学性能，且热加工性能十分优异，淬透性高。但是随着服役条件的日益苛刻，现有钛合金材料的强度已经越来越难以满足新一代高强钛合金的服役需求。特别的，目前超高强钛合金在保持良好塑性条件下，抗拉强度在1300MPa级别，不超过1400MPa。因此，研发高强度且具有良好塑性变形能力的钛合金是目前亟需解决的关键问题。

技术实现思路

[0004]针对现有钛合金强度不能满足使用的问题，本专利技术提供一种Ti
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V
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Mo
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Zr
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Cr
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Al系新型高强亚稳β钛合金及其制备方法，其抗拉强度达到1350～1471MPa。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种Ti
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V
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Mo
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Zr
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Cr
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Al系高强亚稳β钛合金，按重量百分比计，包括4.0～8.0％的V，5.0～8.5％的Mo，0.5～1.5％的Zr以及1.5～4.0％的Cr，5.0～6.0％的Al，余量为Ti以及不可避免的杂质元素。
[0007]优选的，所述V、Mo、Zr、Cr、Al和Ti分别为高纯钒、高纯钼、高纯锆、高纯铬，高纯铝和高纯钛。
[0008]优选的，所述Mo当量的范围为7.5～11之间。
[0009]一种Ti
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V
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Mo
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Zr
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Cr
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Al系高强亚稳β钛合金的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1、将原料按重量百分比混合均匀后，在氩气气氛下进行多次熔炼，冷却后得到铸锭；
[0011]步骤2、对得到的铸锭进行均质化处理；
[0012]步骤3、将质化处理后的铸锭在双相区的温度区间进行轧制，轧制的总变形量为80％～86％。
[0013]步骤4、将轧制后的铸锭在双相区的温度区间进行热处理，得到Ti
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V
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Mo
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Zr
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Cr
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Al系高强亚稳β钛合金。
[0014]优选的，步骤1中采用感应悬浮熔炼，熔炼过程中感应电流为400～600A，电流频率为20～25KHz，待合金完全熔化后继续保持3～5min，冷却得到铸锭，熔炼次数不小于5次。
[0015]优选的，步骤2中均质化处理的方法为，在1000℃高温下进行均匀化处理1h。
[0016]优选的，所述双相区的温度区间为780～800℃。
[0017]优选的，轧制过程中，每道次轧制后回炉升温至双相区的温度区间并保温约2
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5min，每道次变形量约5
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15％。
[0018]优选的，步骤4热处理包括固溶处理和时效处理。
[0019]优选的，所述固溶处理为，在双相区780～800℃进行1h固溶处理，水冷至室温；
[0020]所述时效处理为，将铸锭在550℃进行8h时效，空冷至室温。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0022]本专利技术提供的一种Ti
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V
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Mo
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Zr
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Cr
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Al系新型高强亚稳β钛合金，其中Mo含量元素较高，按质量百分含量计不小于5.0％。由于Mo元素在钛合金的扩散速度缓慢，抑制α相的粗化，使得钛合金中析出相的尺寸细小，进而使钛合金具有更好的热处理强化效果，细化β亚晶粒，而且Mo元素能够抑制Fe和Cr在合金中的有序化趋势，避免脆性金属间化合物引起塑性损失，相比V具有更高的固溶强化效果。V按质量百分含量计不小于4.0％。V元素在α相中的固溶度高于Mo，可以固溶强化α相，同时降低α相的c/a值，有利于α相的滑移，使钛合金具有较低的流变抗力及良好的塑性。Al含量按质量百分含量计范围为5.0～6.0％。Al元素有利于次生α相析出，防止ω相的形成，含量太低则固溶强化效果不明显，并可能导致相变点偏低，不利于热变形工艺的开展，而含量太高则发生有序化趋势，有害于材料的断裂韧性。同时加入一定量的中性元素Zr对α相进行强化，增加α相内位错滑移临界分切应力，从而提高合金的整体强度。一定量的Cr主要起固溶强化作用，提高材料的塑性，韧性和淬透性。
[0023]本专利技术的新型亚稳β钛合金具有较为突出的力学性能，固溶态下，抗拉强度可达到769～855MPa，延伸率达到4.3～15.9％。固溶时效后，抗拉强度可达到1350～1471MPa，并且具有一定的强度塑性匹配，延伸率达到2.9～7.2％。
[0024]本专利技术的Ti
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V
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Mo
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Zr
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Cr
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Al系新型高强亚稳β钛合金制备方法简单易行，将各元素按照质量百分比混合均匀，在氩气气氛下，进行多次熔炼，冷却后得到铸锭，再将铸锭在高温进行均质化处，在双相区进行热轧，轧制完成后水冷至室温，随后进行热处理工艺，包括固溶和时效处理。轧制和随后的固溶处理都在双相区780～800℃下进行，该温度相对适中，有利于节约能源，且轧制温度和固溶处理温度相同，可以同时在加热设备中进行，在保持性能稳定一致的同时，进一步节约能源，节省时间成本，设备成本。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1高强亚稳β钛合金的显微组织图；
[0026]图2为本专利技术实施例2高强亚稳β钛合金的显微组织图；
[0027]图3为本专利技术实施例3高强亚稳β钛合金的显微组织图；
[0028]图4为本专利技术实施例4高强亚稳β钛合金的显微组织图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ti
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V
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Mo
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Zr
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Cr
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Al系高强亚稳β钛合金，其特征在于，按重量百分比计，包括4.0～8.0％的V，5.0～8.5％的Mo，0.5～1.5％的Zr以及1.5～4.0％的Cr，5.0～6.0％的Al，余量为Ti以及不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的一种Ti
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V
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Mo
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Zr
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Cr
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Al系高强亚稳β钛合金，其特征在于，所述V、Mo、Zr、Cr、Al和Ti分别为高纯钒、高纯钼、高纯锆、高纯铬，高纯铝和高纯钛。3.根据权利要求1或2所述的一种Ti
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V
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Mo
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Zr
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Cr
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Al系高强亚稳β钛合金，其特征在于，所述Mo当量的范围为7.5～11之间。4.一种权利要求1
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3任一项所述的一种Ti
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V
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Mo
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Zr
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Cr
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Al系高强亚稳β钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将原料按重量百分比混合均匀后，在氩气气氛下进行多次熔炼，冷却后得到铸锭；步骤2、对得到的铸锭进行均质化处理；步骤3、将质化处理后的铸锭在双相区的温度区间进行轧制，轧制的总变形量为80％～86％；步骤4、将轧制后的铸锭在双相区的温度区间进行热处理，得到Ti
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V
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Mo
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Zr
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Cr
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Al系高强亚稳β钛合金。5.根据权利要求4所述的一种Ti
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V
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Mo
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Zr
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C...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金钰，杨家坤，包翔云，刘刚，孙军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：