[发明专利]一种低成本近β钛合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种低成本近β钛合金，属于合金材料技术领域。 

背景技术

β钛合金具有较高的比强度和比刚度，而且大截面的钛合金零件具有优异的强度韧性和疲劳性能，锻造温度低，冷成型性能好等优点在航空、航天、舰船、兵器以及化学工业等领域得到广泛的应用。β钛合金是含有足够量的β稳定化元素以抑制合金淬火至室温过程中发生马氏体相变的一类钛合金。常见的β稳定化元素有V、Mo、Nb、Zr、Sn、Fe、Cr、Pd和Ta等，其中Mo、V、Pd、Ta、Nb、Zr、Sn等合金化元素的成本很高，使β钛合金的材料成本居高不下。钛合金的屈服极限与弹性极限比值较大，屈强比高，变形抗力和变形回弹量大，塑性较低，成型难度大，其加工工艺复杂，因此钛合金的制造成本高，也影响了钛合金向更多的领域应用和推广。 

目前降低钛合金制造成本和使用成本的途径有两种：一种通过改进原材料(海绵钛)的生产方式来降低原材料的成本、采用廉价合金化元素；一种改善加工特性的合金设计，优化钛合金原始组织，简化钛合金的加工工艺、优化钛制品的加工技术等各种方法。其中采用廉价合金化元素的特点是采用了相对于Al-V合金廉价的Mo-Fe合金作为中间合金达到降低原材料成本的目的，然而，Mo仍然是贵重元素，成本降低有限；采用Fe、Al、Si、Cr、N、C等资源丰富的元素能达到大幅度降低钛合金成本。Cr、Fe为共析型β稳定元素，在Ti合金、Ti-Al合金中存在共析转变，含量较高时可能生成化合物相，引起脆性，因此在合金元素选择及加入量方面应综合考虑。 

国际上通用的低成本钛合金的评价标准均以产量和应用最多的两相的Ti-6Al-4V钛合金为标准进行比较，即性能与Ti-6Al-4V钛合金材料相当，对比其材料成本。 

目前，关于廉价合金化元素方面的相关专利包括： 

授权公开号为CN 101348876B，发明名称为《一种低成本高强度钛合金》的发明专利，其技术方案为采用Al-V或Fe-V中间合金、电解铬、纯钛或钛合金车屑、工业铁和海绵钛按设计成分混合压制电极，用常规真空自耗电弧炉二次熔炼铸成合 金锭，合金成分的重量百分比组成为：Al：4％-6％，V：1.9％-2.9％，Cr：1％-3％，Fe：1％-3％，余量为Ti和不可避免的杂质。合金热处理后的拉伸性能为：抗拉强度为1000MPa-1358MPa，屈服强度为930MPa-1270MPa，延伸率为9％-18％，断面收缩率为20％-50％。该合金与T-6Al-4V相比成本降低，但合金中仍然含有Al-V或Fe-V中间合金，且铬和铁的加入形式为电解铬和工业铁。 

授权公开号为CN101403058B，发明名称为《一种低成本α+β型钛合金》的发明专利，公开的钛合金成分按重量百分数计为：Al：4.5-8％、Cr：0.3-3％、Fe：0.3-2％，其余为Ti和不可避免的杂质；合金中还可含有Mo：0-3％、Sn：0-3％或Zr：0-3％；其中Cr以铝铬中间合金的形式加入，Fe以铝铁中间合金的形式加入。该合金冷轧板材(0.8mm)沿轧向取样，室温力学性能为：抗拉强度870-1000MPa，屈服强度780-900MPa，伸长率16-31％；0.8-2mm厚Ti-6Al-4V板材的室温性能为抗拉强度925MPa，屈服强度870MPa，伸长率＞10％；其室温力学性能与Ti-6Al-4V相当。 

又如授权公开号为CN1962913A，发明名称为《一种可调节性能的低成本钛合金》的发明专利，在钛中加入Al、Fe、Cr、Ni、S、B、C、Mo等八种元素，其中合金成分按重量分数计：Al：0-3.5％，Fe：0.3-2.0％，Cr：0.1-0.5％，合金力学性能可调范围为：抗拉强度为350MPa-1250MPa，延伸率为5％-30％，断面收缩率为10％-55％；但合金中含有价格较高的金属Ni和Mo，一定程度上提高了合金的成本。 

发明内容

本发明的目的是以采用廉价的Cr-Fe合金或单质铁作为中间合金为出发点，提供一种低成本钛合金，原材料成本与海绵钛的成本相当，所述合金原材料成本为Ti-6Al-4V合金3/4～4/5，且退火后的室温力学性能与Ti-6Al-4V相当，Ti-6Al-4V合金的性能如表1所示。中间合金的成本如表2所示，Cr-Fe中间合金的成本低于Mo-Fe、Al-V等中间合金的成本，市售的微碳Cr-Fe中间合金成分如表3所示。 

表1 Ti-6Al-4V合金的基本力学性能 

表2 中间合金成本 

表3 市售微碳Cr-Fe中间合金成分