一种700~800℃用高强钛合金的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种700～800℃用高强钛合金的制备方法，包括合金成分、制备方法、热变形和热处理等要素，所述合金成分为(重量百分比)，Al：8％～11％，Nb：36％～42％，Mo：0.5％～2％，B：0.25～2％，余量为Ti和不可避免的杂质元素。本发明专利技术对传统熔炼工艺进行改进，大幅度减轻TiB的偏聚现象的同时有效抑制了气体O元素和其他杂质元素大量吸入，降低了材料制备成本的同时提高合金稳定性。材料在室温至800℃范围内均具有较高的强度和良好的塑性，在700℃的拉伸强度在1050Mpa以上、延伸率在8％以上；其800℃强度在800Mpa以上、延伸率在12％以上。延伸率在12％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种700～800
℃
用高强钛合金的制备方法


[0001]本专利技术属于钛合金加工领域，具体涉及到一种700～800℃用高强钛合金的制备方法。

技术介绍

[0002]引入TiB增强相是提高钛合金高温强度的常用方式，但由于常规高温钛合金在高于650℃时的合金基体的强度会急剧降低，导致TiB的增强效果减弱，因此采用700～800℃仍具有较高强度的Ti2AlNb合金作为基体可以更好地发挥TiB的增强作用。
[0003]Ti2AlNb合金的塑性远低于常规合金，因此制备TiB/Ti2AlNb复合材料对气体O元素、其他杂质元素和TiB分布均匀性的要求均高于传统高温钛合金。TiB2为纳米或微米级粉末，采用常规布料方式TiB2易团聚吸附在海绵钛的表面，导致TiB铸锭中发生偏析，并且TiB的偏聚现象会随着熔炼次数的增多而加剧。对于需要4次真空自耗熔炼Ti2AlNb合金铸锭，常规铸锭准备工艺不能满足其对TiB分布均匀性的更高要求。
[0004]目前制备TiB/Ti2AlNb复合材料多采用TiB2与Ti2AlNb粉末机械混合后通过烧结(专利号：CN201910272257.5)或3D打印(专利号：CN201910272259.4)的方式制备。上述方法均有效解决了TiB偏聚分布，但同时也导致气体和其他杂质元素控制困难等问题，导致材料塑性和稳定性的降低。此外热压烧结和3D打印的成本为常规合金铸锭的3～5倍，且很难成形大规格材料。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，提出了一种700～800℃用高强钛合金的制备方法，所得锻件在700～800℃具有优异的力学性能；具体技术方案如下：
[0006]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种700～800℃用高强钛合金的制备方法，包括合金铸锭的制备
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热加工
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热处理；
[0008]合金铸锭的制备工艺如下：合金采用真空自耗熔炼方法冶炼四次得到合金铸锭，所含元素按质量百分比组成为：Al：8％～11％，Nb：36％～42％，Mo：0.5％～2％，B：0.25～2％，其中Nb元素采用AlNb和TiNb中间合金加入，Mo元素由AlMo中间合金加入，B元素由TiB2粉末加入。压制电极前首先将颗粒状Al
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Nb中间合金与TiB2粉末充分进行机械混合，使TiB2粉末均匀附着在Al
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Nb中间合金表面，然后在与其他中间合金和海绵钛混合后进行电极块的压制、焊接和熔炼；
[0009]所述合金铸锭的制备成分中B的含量增加，就需降低Al含量或Nb含量，或同时降低Al和Nb的含量；同时降低Al和Nb时，其两者的含量可为不均等的百分比。
[0010]所述一种700～800℃用高强钛合金的制备方法，其优选方案为热加工工艺如下：
[0011]1)合金铸锭在1050～1150℃加热，采用水压机或油压机锻造2～3火次，加热温度随锻造火次逐渐降低，每火次的锻比不小于3.5形成锻坯；
[0012]2)锻坯在980～1050℃加热在锻造3～5火次，加热温度随锻造火次逐渐降低，但每次最大降幅不超过25℃，每火次的锻比不小于3形成锻件。
[0013]所述一种700～800℃用高强钛合金的制备方法，其优选方案为热处理工艺如下：固溶温度为980～1050℃，截面厚度不大于35mm的锻件出炉后空冷，截面厚度在35～70mm的锻件出炉后风冷，截面厚度大于70mm的锻件出炉后油冷；时效温度为750～860℃保温8～24h后空冷。
[0014]所述一种700～800℃用高强钛合金的制备方法，其优选方案为锻件在700℃的拉伸强度在1050Mpa以上、屈服强度在900Mpa以上、延伸率在8％以上、断面收缩率在10％以上；其800℃强度在800Mpa以上、屈服强度在550Mpa以上、延伸率在12％以上、断面收缩率在20％以上。
[0015]有益效果
[0016]本专利技术与现有技术相比具有的优点和有益效果：
[0017]1)本专利技术的TiB/Ti2AlNb复合材料在Ti2AlNb基合金基础上降低了Al含量，其室温脆性问题得到一定程度改善并提高材料可加工性，TiB增强相又可以起到大幅提高材料室温及高温强度的作用，使材料具有更好的综合力学性能；
[0018]2)本专利技术对传统熔炼工艺进行改进，大幅度减轻TiB的偏聚现象的同时有效抑制了气体O元素和其他杂质元素大量吸入，降低了TiB/Ti2AlNb复合材料制备成本的同时提高合金稳定性。
具体实施方式
[0019]本专利技术实施例中合金元素所采用的中间合金见表1；
[0020]表1本专利技术实施例中采用的原材料
[0021][0022]本专利技术实施例中Ti2AlNb基合金经配料、混料后用压机压制成电极；将电极组焊在一起，在真空自耗炉中熔炼2～3次，制成合金铸锭；在合金铸锭头部和底部取样进行化学分析和相变点测试，采用金相法获得α2+B2/B2相变点，再按照相关要求进行热加工和热处理，制成最终的成品或半成品，进行各项性能测试；原料配置和铸锭制备的程序大都相同，在各实施例中将不再一一重复叙述。
[0023]实施例1
[0024]直径为380mm的TiB/Ti2AlNb复合材料铸锭，金相法检测合金铸锭的α2+B2/B2转变温度为1070℃，铸锭的化学成分列于表2中；
[0025]表2实施例1中TiB增强钛基合金合金成分(质量百分数，wt.％)
[0026][0027]步骤1)：合金铸锭加热至1100℃，保温2小时后出炉，在水压机上完成1火次镦粗和拔长变形，每次镦粗和拔长的锻比均为2，锻后空冷，完成铸锭的均匀化处理；然后将铸锭加热至1080℃，进行1火次的镦粗和拔长变形，镦粗和拔长的锻比均为2，锻后空冷，得到开坯后的坯料；
[0028]步骤2)：将步骤1)所得坯料加热至1020℃，在4500吨水压机上进行1火次的镦粗和拔长变形，每火次完成一镦一拔，每次镦粗和拔长的锻比均为1.7，锻后空冷；然后将坯料加热至1010℃，在水压机上进行2火次的镦粗和拔长变形，每次镦粗和拔长的锻比均为1.7，锻后空冷；最后将坯料加热至1015℃，进行1火次的镦粗和滚圆整形，得到锻坯，其中镦粗锻比为2.5，锻坯的尺寸为直径620mm，高60mm；
[0029]步骤3)：将步骤2)所得锻坯经1020℃保温2小时后风冷，800℃保温6h后空冷得到锻坯毛坯，最后经粗加工得到锻件。
[0030]表3实施例1中TiB增强钛基合金的力学性能
[0031][0032]实施例2：
[0033]直径为380mm的TiB/Ti2AlNb复合材料铸锭，金相法检测合金铸锭的α2+B2/B2转变温度为1055℃，铸锭的化学成分列于表4中。
[0034]表4实施例2中TiB增强钛基合金合金成分(质量百分数，wt.％)
[0035][0036]步骤1)：合金铸锭加热至1100℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种700～800℃用高强钛合金的制备方法，其特征在于，包括合金铸锭的制备
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热加工
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热处理；其合金铸锭的制备工艺如下：合金采用真空自耗熔炼方法冶炼四次得到合金铸锭；所含元素按质量百分比组成为：Al：8％～11％，Nb：36％～42％，Mo：0.5％～2％，B：0.25～2％，其中Nb元素采用AlNb和TiNb中间合金加入，Mo元素由AlMo中间合金加入，B元素由TiB2粉末加入；压制电极前首先将颗粒状Al
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Nb中间合金与TiB2粉末充分进行机械混合，使TiB2粉末均匀附着在Al
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Nb中间合金表面，然后在与其他中间合金和海绵钛混合后进行电极块的压制、焊接和熔炼；所述合金铸锭的制备成分中B的含量增加时，需与Al含量或Nb含量降低相协调，或同时降低Al和Nb的含量；同时降低Al和Nb时，其两者的含量可为不均等的百分比。2.根据权利要求1所述的一种700～800℃用高强钛合金的制备方法，其特征在于，热加...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵子博，王清江，孙昊，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：