一种适用于20K低温环境的高强高塑β型钛合金制造技术

技术编号：40102822 阅读：6 留言：0更新日期：2024-01-23 17:57

本发明专利技术公开了一种适用于20K低温环境的高强高塑β型钛合金，由以下质量百分比的成分组成：Al 2～3％，Nb 20～25％，Mo 3.5～5％，余量为Ti和不可避免的杂质；该钛合金在室温条件下的Rm≥750MPa，A≥20％，在20K低温条件下的Rm≥1400MPa，A≥12％。本发明专利技术通过添加α稳定元素Al，β同晶型稳定元素Nb、Mo，对各元素配比进行设计，使钛合金[Mo]当量为10％～12％，促使钛合金在20K低温变形条件下产生大量变形孪晶，确保钛合金具有较高强度的同时保持着优异的塑性，并具有优异的冷、热变形能力，可制备板材、棒材、管材等复杂构件，满足航天领域对低温结构件的使用要求。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钛合金，具体涉及一种适用于20k低温环境的高强高塑β型钛合金。

技术介绍

1、低温钛合金由于高比强度、良好延展性及优异的耐腐蚀性能，作为关键结构材料和储存材料在航空航天、国防军工等领域广泛应用，并呈现出广阔的发展前景。钛合金按照组织结构分为α型、α+β型和β型合金，国内外广泛应用的低温钛合金大多数属于α型合金，该类型合金具有较好的冷加工性能和成形性能，20k低温强度介于1200mpa～1300mpa之间，其缺点是室温和低温强度有限，且无法通过热处理强化来改善。α+β型低温钛合金应用的主要是ti-6al-4veli，由于其冷加工性能较差，无法制备薄壁管材等复杂构件，限制了其使用范围。β型钛合金一般不作为低温工程材料来考虑，因为较高的塑-脆转变温度，但是，β型钛合金确是当代最具开发前景的新型低温钛合金，因为其较高的室温强度、可热处理强化、变形能力强等特点，通过合理的成分设计，实现较高室温强度的同时，保持较好的低温强塑性，可满足我国未来百吨级重型运载火箭对新型低温钛合金综合性能的更高要求，能够极大的促进了我国先进航天技术的飞速发展。

2、目前，国外低温钛合金仍沿用成熟牌号合金，关于新合金的开发鲜有报道。国内低温钛合金ct20已在液体火箭发动机中得到稳定应用，新型低温合金也在持续不断的开发，不过仍然是以α型合金为主导，通过添加α稳定元素al和少量的β稳定元素，获得低温强塑性匹配优异的合金。授权专利cn103627928b公开了“一种低温高强两相钛合金”，该合金的质量百分比成分组成为：al 1.5～3.5％，nb

3、近年来，为了开发设计强度-延展性匹配优良的钛合金，研究发现亚稳β型合金具有trip(相变诱导塑性)和twip(孪生诱导塑性)效应，能够促使合金具有高强度、高延展性、高应变硬化率和优异的损伤容限性能。赖敏杰等人在《on the mechanism of{332}twinning in metastableβtitanium allos》(acta materialia,111(2016)173-186)一文中提到亚稳β型钛合金中{332}<113>孪晶在增强应变硬化和均匀伸长率方面起到重要作用，由于这种孪晶诱发塑性效应，{332}<113>孪晶的形成使得高纯亚稳β型钛合金具有较高室温强度的前提下保持较好的低温塑性变得可能。但目前关于亚稳β型钛合金的研究主要集中在室温性能和变形机理的研究中，关于低温性能与变形机理的研究还未涉及。

4、因此，为了满足大吨位火箭发动机低温部件对材料的更高要求，开发高强高塑β型低温钛合金迫在眉睫且具有重大意义。

技术实现思路

1、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，提供一种适用于20k低温环境的高强高塑β型钛合金。该钛合金通过成分设计，使其比现役的低温钛合金具有更加优异的室温、低温强塑性匹配和优良的冷、热加工性能，可加工成板材、棒材、管材等复杂构件，满足大吨位火箭发动机低温部件对材料性能和外观形状的要求，解决了现有钛合金室温强度和低温塑性的不足。

2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种适用于20k低温环境的高强高塑β型钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：al 2％～3％，nb 20％～25％，mo 3.5％～5％，余量为钛和不可避免的杂质；所述高强高塑β型钛合金的[mo]当量为10％～12％，室温条件下的力学性能满足：抗拉强度rm≥750mpa，伸长率a≥20％，20k低温条件下力学性能满足：抗拉强度rm≥1400mpa，伸长率a≥12％。

3、本专利技术高强高塑β型钛合金的[mo]当量的计算公式为：[mo]当量＝％mo+％ta/4.5+％nb/3.6+％w/2.25+％v/1.5+％cr/0.63+％mn/0.65+％fe/0.35+％co/0.7+％ni/0.9。

4、上述的一种适用于20k低温环境的高强高塑β型钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：al 2％，nb 20％，mo 5％，余量为钛和不可避免的杂质。

5、上述的一种适用于20k低温环境的高强高塑β型钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：al 2％，nb 25％，mo 3.5％，余量为钛和不可避免的杂质。

6、上述的一种适用于20k低温环境的高强高塑β型钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：al 2.5％，nb 22％，mo 4％，余量为钛和不可避免的杂质。

7、上述的一种适用于20k低温环境的高强高塑β型钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：al 2.5％，nb 25％，mo 5％，余量为钛和不可避免的杂质。

8、上述的一种适用于20k低温环境的高强高塑β型钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：al 3％，nb 20％，mo 5％，余量为钛和不可避免的杂质。

9、本专利技术一种适用于20k低温高强高塑β型合金的制备方法为钛合金的常规制备方法：首先根据合金成分组成选择合适的原材料，按设计成分配比混合压制电极，采用常规真空自耗电弧炉经三次熔炼得到合金铸锭，然后将合金铸锭扒皮并切除冒口和尾端后，在液压锻造机、锻锤等自由锻造设备上进行开坯锻造和多火次反复镦拔锻造，最后在热轧机设备上进行多道次轧制得到棒材或板材，在卧式挤压设备上热挤压成荒管，经多道次冷轧得到管材。

10、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：

11、1、本专利技术钛合金中三种添加元素均具有细化组织，提高合金室温强度、低温塑性的作用，其中，al元素作为α稳定元素，对强度的提升有着至关重要的作用，在少量添加保证钛合金室温强度的前提下，降低低温变形过程中al原子与其他原子之间的缠结交互作用，改善钛合金低温塑性；nb、mo元素作为β同晶型稳定元素，与β-ti无限固溶且固溶体在低温下高度稳定，降低了晶格本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种适用于20K低温环境的高强高塑β型钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 2％～3％，Nb 20％～25％，Mo 3.5％～5％，余量为钛和不可避免的杂质；所述高强高塑β型钛合金的[Mo]当量为10％～12％，室温条件下的力学性能满足：抗拉强度Rm≥750MPa，伸长率A≥20％，20K低温条件下力学性能满足：抗拉强度Rm≥1400MPa，伸长率A≥12％。

2.根据权利要求1所述的一种适用于20K低温环境的高强高塑β型钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 2％，Nb 20％，Mo 5％，余量为钛和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种适用于20K低温环境的高强高塑β型钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 2％，Nb 25％，Mo 3.5％，余量为钛和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的一种适用于20K低温环境的高强高塑β型钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 2.5％，Nb 22％，Mo 4％，余量为钛和不可避免的杂质。

5.根据权利要求1所述的一

6.根据权利要求1所述的一种适用于20K低温环境的高强高塑β型钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 3％，Nb 20％，Mo 5％，余量为钛和不可避免的杂质。

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【技术特征摘要】

1.一种适用于20k低温环境的高强高塑β型钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：al 2％～3％，nb 20％～25％，mo 3.5％～5％，余量为钛和不可避免的杂质；所述高强高塑β型钛合金的[mo]当量为10％～12％，室温条件下的力学性能满足：抗拉强度rm≥750mpa，伸长率a≥20％，20k低温条件下力学性能满足：抗拉强度rm≥1400mpa，伸长率a≥12％。

2.根据权利要求1所述的一种适用于20k低温环境的高强高塑β型钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：al 2％，nb 20％，mo 5％，余量为钛和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种适用于20k低温环境的高强高塑β型钛合金，其特征在于，由...

【专利技术属性】
技术研发人员：李婷，辛社伟，屈磊，孙花梅，李典，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：

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