β钛合金及其制备方法技术

β钛合金及其制备方法，涉及一种钛合金。提供一种低成本、高强度的β钛合金及其制备方法。β钛合金的组成及其按质量百分比的含量为铁０．５％～２．５％、铝１．５％～３．５％、铬２％～４％、铌６％～１１％，余量为钛。将海绵态的钛熔炼，再将熔炼后的钛与铁、铝、铬、铌进行熔炼，得β钛合金锭材；再均匀化热处理后随炉冷却，热轧成片状合金材料，切成试样，固溶处理后冰水淬火，再进行时效处理，即得β钛合金。强度高，经过拉伸实验，结果表明该β钛合金固溶态的室温拉伸强度为８５０ＭＰａ以上，延伸率１５％以上；时效态的室温拉伸强度为１３００ＭＰａ以上，延伸率４％以上，其强度能够达到１３００ＭＰａ以上，同时保持一定的塑性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钛合金，尤其是涉及一种低成本高强度的。
技术介绍
钛合金以其比强度高、耐腐蚀能力强以及耐热耐冷性能好等特点被人们誉为“魔 力”金属或“神奇”金属，先后在航空航天、海洋发电以及化工冶金等方面得到应用，也因其 价格较贵而无法广泛应用于人们的日常生活。但是其潜在的前景是无法估量的，如海洋潜 水员以及攀岩爱好者，轻质高强而又耐腐蚀的用具是他们的首选，在体育领域轻质高强的 钛合金也可以用作橄榄球运动员头盔面部防护材料以及自行车用料等。但是必须要解决的 是降低钛合金的成本，才能让钛合金走进人们的生活。目前，在已有的专利文献中，有许多是对于高强度钛合金的研究。但是也存在着 一些不尽如人意的地方，如添加氮、氧来提高钛合金的强度，但是氮和氧也极易引起脆性， 而且这些元素的添加量很不容易控制；再如添加硼来提高强度，但硼在钛中的溶解度只有 0. 2at. %左右，极易析出TiB而引起脆性；同样对于一些添加高铝含量的钛合金也因析出 Ti3Al而塑性恶化；或者含有大量V元素等而使成本提高。中国专利CN101010438公开一种具有优异的冷加工性，并且具有比 Ti-20V-4Al-lSni3型钛合金有更高强度的β型钛合金，其以重量％计，含有V:5 15%、 Fe 0. 5 2. 5%、Mo 0. 5 6%、Cr 0. 5 5%，并且在设所含有的V的重量％为XvJjf 含有的Fe的重量％为XFe，所含有的Mo的重量％为XM。，所含有的Cr的重量％为Xtt时， Xv+2. 95XFe+l. 5ΧΜ。+1. 65Χ&的值为15 23%，还含有Al :1. 5 5%，余量由Ti以及杂质构 成。虽然具有良好的冷加工性能且时效后强度可达1300MPa左右，但是没有公布其具体的 塑性指标。中国专利CN101182609公开了一种紧固件用钛合金，该合金按重量百分比组成 为V14 16%，Cr 2. 5 3. 5%, Al 2. 5 3. 5%, Sn 2. 5 3. 5%, Nb 0. 5 5%，Zr 0. 5 5%，Ta 0. -1.5%，余量为钛及不可避免的杂质。本专利技术所制备的合金棒材和 板材具有良好的综合性能，尤其是强度和塑性匹配优异，室温拉伸性能ob > 1250MPa,10%, Ψ >30%，可以在350°C下长期使用；该合金在最佳热处理下其抗拉强度达 到1250MPa以上，延伸率达到13%以上，面缩率达到36%以上。虽然具有强度与塑性匹配 较好的性能，但是较高的钒含量使得成本上升而抗氧化性下降；同样对于综合性能较优的 Ti-20V-4Al-lSn也存在着钒含量偏高的不足。中国专利CN101314827公开了一种β型钛合金，其重量百分比为钼9% 15%， 铌6% 10%，钽2% 6%，锆2% 6%，铝 3%，铁彡1.0%，碳彡0.1%，氮 < 0. 05%，氢< 0. 015%，氧< 0. 02%，余量为钛。其制备方法为采用海绵钛，纯铝，海绵锆， Ti-31% Mo、Ti-53% Nb、Al-80% Ta混料后制成自耗电极；经真空自耗电弧炉熔炼获得一 次铸锭；由一次铸锭作为自耗电极进行熔炼获得二次铸锭；由二次铸锭作为自耗电极真空3自耗熔炼成成品钛合金锭。本专利技术不仅具有高强度，而且具有较高的延伸率和塑性，既能满 足应用需求的强度，又易于加工成型、减少能耗。虽然具有高强度和较高塑性，抗拉强度为 1060 1200MPa，同时收缩率能够达到30% 50%，但是该合金含有熔点很高且价格昂贵 的贵金属钽。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低成本、高强度的。本专利技术所述β钛合金的组成及其按质量百分比的含量为铁0.5% 2.5%、铝 1. 5% 3.5%、铬2% 4%、铌6% 11%，余量为钛。本专利技术所述β钛合金的制备方法包括以下步骤1)将海绵态的钛放入电弧炉，抽真空后充入氩气进行熔炼，再将熔炼后的钛与铁、 铝、铬、铌进行熔炼，得β钛合金锭材；2)将β钛合金锭材进行均勻化热处理后，随炉冷却；3)将经过热处理的β钛合金锭材热轧成片状合金材料；4)将得到的片状合金材料切成试样，固溶处理后冰水淬火，然后进行时效处理，即 得β钛合金。在步骤1)中，所述再将熔炼后的钛与铁、铝、铬、铌进行熔炼，最好将熔炼后的钛 与铁、铝、铬、铌各原料放入非自耗真空电弧炉内，可多次翻转熔炼并配合磁搅拌；所述抽真 空的真空度至少6Χ 10_3Pa，充入氩气至0. 5 0. 7 X IO5Pa,所述翻转熔炼最好至少翻转4 次；所述钛、铁、铝、铬和铌各原料的纯度最好不小于99. 5%。在步骤2)中，所述均勻化热处理的温度可为900 1000°C，均勻化热处理的时间 最好至少12h ；所述均勻化热处理的真空度最好为2X 10_3 5X 10_3Pa。在步骤3)中，所述热轧的温度可为700 800°C ；所述片状合金材料的厚度最好 为1 2mm。在步骤4)中，所述将得到的片状合金材料切成试样可采用线切割方法切成试样； 所述固溶处理的温度最好为900 1000°C，固溶处理的时间最好为0. 5 1. 5h ；所述时效 处理的温度最好为400 500°C，时效处理的时间最好为0. 5 3h ；试样最好为哑铃状拉伸试样。与现有的β钛合金相比，本专利技术的突出优点是1)强度高，经过拉伸实验，结果表明该β钛合金固溶态的室温拉伸强度为850MPa 以上，延伸率15%以上；时效态的室温拉伸强度为1300MPa以上，延伸率4%以上，其强度能 够达到1300MPa以上，同时保持一定的塑性，是一种综合性能优异的β钛合金，能够广泛用 于汽车零部件、高强度连接件、眼镜架、焊丝、高尔夫球头等。2)成本较低廉，能够满足多种行业所需。附图说明图1为Ti-1. 5Fe-2Al-4Cr_8Nb钛合金片材固溶态的室温拉伸应力应变曲线。在图 1中，横坐标为拉伸应变Tensile Strain (%)，纵坐标为拉伸应力Tensile Stress(MPa)。图2为Ti-1. 5Fe-2Al-4Cr_8Nb钛合金片材时效态的室温拉伸应力应变曲线。在图2中，横坐标为拉伸应变Tensile Strain (% )，纵坐标为拉伸应力Tensile Stress (MPa)。 具体实施例方式下面将结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1 制备 Ti-1. 5Fe-2Al-4Cr-8Nb 钛合金先将海绵态的钛放入非自耗真空电弧炉内，抽真空至5 X IO-3Pa,充入高纯氩气至 0. 7X IO5Pa后翻转熔炼2次。然后将高纯的铁、铝、铬、铌和之前熔炼好的钛按重量百分比 称量、清洗后放入非自耗真空电弧炉内，按之前的方法并配合磁搅拌反复熔炼5次，得到β 钛合金锭材。将上述制得的β钛合金锭材放入真空热处理炉内进行均勻化热处理，真空度 为5X10_3Pa，热处理温度900°C下保温24h后，随炉冷却。将上述经过热处理的β钛合金 锭材在700°C进行热轧，热轧成Imm厚的片状合金材料。将上述得到的合金片材用线切割 方法切成 铃状拉伸试样，然后封装在充有氩气保护的石英管中再放入热处理炉中，试样 在900°C保温45min，然后迅速进行水淬，即得到本专利技术要求的固溶态拉伸试样本文档来自技高网...

【技术保护点】
β钛合金，其特征在于其组成及其按质量百分比的含量为铁０．５％～２．５％、铝１．５％～３．５％、铬２％～４％、铌６％～１１％，余量为钛。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马云庆，刘旭亮，杨水源，张欣桥，施展，黄艺雄，张锦彬，王翠萍，刘兴军，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]