[发明专利]一种高强度高塑性钛合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金技术领域，具体地说是一种具有高强度高塑性钛合金，并且生产加工成本较低。

背景技术

钛及钛合金因具有比强度高、耐蚀、耐热性强等许多优点，在各个领域中的应用也越加广泛。特别是一些特定的行业对高强度钛合金的需求和要求都在不断提高。目前单纯靠合金化强化的钛合金，其室温拉伸强度一般不超过110公斤力/毫米²，如果需要更高强度的结构钛合金，则须发展可热处理强化的钛合金。典型的热处理强化α+β型钛合金Ti-6Al-4V、BT14、BT23，近亚稳定β型钛合金BT22、Ti-10V-2Fe-3Al，亚稳定β型钛合金BT15、Ti-8-8-2-3和Ti-3-8-6-4-4(βc)，强化处理后拉伸强度都可达120公斤力/毫米²以上，最高有可能达到拉伸强度180公斤力/毫米²，但普遍塑性很低，合金组分较多，加工成本偏高。出于应用领域拓展的需要，进一步提高合金的强度并降低成本成为其重要的发展趋势。通常情况下，提高金属材料的强度会带来材料塑性的损失或成本的提高。增加合金中的β稳定元素是提高强度的有效方法之一。一方面β稳定元素可以起到固溶强化的作用，另一方面可保留较多的亚稳定β相以便在时效时分解从而提高析出强化效果。考虑成本因素，共析型的β稳定元素Fe比同晶型的Mo、V、Nb更有优势，而且其β稳定作用也更强，但是该类元素与钛及添加Al的钛形成的二元或三元系中，存在共析转变，在含量高时有可能生成化合物相，引起脆性。由于Zr属于钛的同族元素，与钛可以形成α和β连续固溶体，对于钛材本身的金相组织，晶粒晶格结构不会产生任何影响，并且有着细化晶粒，提高塑性及韧性作用。至于合金加入量和加入方式则需要根据性能、成本、加工性的匹配来决定。Si元素具有抗高温氧化的作用，并有增加强度的效果，但Si元素不可添加过多，因Si含量高时会产生硅化物脆性，反而影响材料质量，因此控制在0.05-0.20％之间，保证材料性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对克服钛合金在保持高强度的同时塑性不稳定的不足，提供一种生产成本低，并且在保证合金高强度的情况下仍具有较高塑性的高强度高塑性钛合金。

本发明采用的技术方案是：一种高强度高塑性钛合金，其特征是该合金成份的重量百分比组成为：Al：5.8％-6.3％，Fe：1.5％-2.0％，Zr：0.07％-0.30％，Si：0.05-0.20％，余量为Ti和不可避免的杂质。

本发明还包括：所述高强度高塑性指合金是指经简单退火后的抗拉强度≥1000Mpa，延伸率≥12％。

本发明的合金采用海绵钛、纯锆粉、纯铝、纯铁屑按上述设计成份混合压制电极，用常规真空自耗电弧炉二次熔炼铸成合金锭。

合金锭在950℃-1000℃温度下开坯锻造，成品加工温度控制在800℃-900℃，合金成品经720℃-790℃退火后使用。加工温度相对较低，可显著降低加工成本。

本发明具有以下优点：由于添加少量具有细化晶粒组织的Zr，这样与钛可以形成α和β连续固溶体。该合金在保证高强度的情况下具有较高的塑性，由于用Fe取代贵金属V，成本大大低于Ti-6Al-4V合金，少量Si元素提高强度及抗氧化性能，合金的加工性良好，加工工艺环节简单，加工成本低，易于生产，适用了各应用领域对低成本高强度高塑性钛合金的要求。

下面将通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

实施例1：合金的成份为Ti-6Al-1.7Fe-0.1Zr-0.1Si，即按重量百分比计为Al：6.0％，Fe：1.7％，Zr：0.1％，Si：0.1％，余量为Ti和不可避免的杂质。

原料配比按重量百分比计为：纯铁屑1.7％，铝豆6.0％，铝硅合金0.1％，纯锆粉0.1％，1级海绵钛92.2％。

①合金锭在1000℃温度下开坯锻造，成品轧制温度控制在900℃，合金板材经790℃/空冷处理，合金成品板材的机械性能为：σ_b：1150MPa，σ_0.2：1120MPa，δ：16％，ψ：50％。

②合金锭在1000℃温度下开坯锻造，成品轧制温度控制在880℃，合金板材经750℃/空冷处理，合金成品板材的机械性能为：σ_b：1080MPa，σ_0.2：1040MPa，δ：14％，ψ：40％。