[发明专利]一种新型α钛合金及其板材和棒材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型α钛合金及其型材的制备方法，属于钛合金材料制备工艺技术领域。

背景技术

钛合金具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀以及良好的生物相容性等一系列优异的综合性能，所以在各个工业领域应用广泛，被称为“太空金属”、“海洋金属”、“智能金属”等。此外，自海绵钛工业化以来，钛的生产能力也在逐年提升，而且钛在自然界分布很广，钛在地壳中的含量为0.64%，在所有元素中排第九位，在金属元素中仅次于铝、铁和镁，居第四位，比常见的铜、铅、锌金属储量的总和还要多。截止到2009年，世界上探明的钛资源（以TiO₂计）共有24.84亿吨，具有经济开采价值的经济储量为13.82亿吨，可以说是资源丰富，所以钛合金的开发利用前景十分广阔。

经过长期实践，将强度和韧性一同考虑在内的损伤容限设计成为钛及钛合金材料应用时备受关注的问题，制备出强度更高、韧性更好的钛合金材料是不断追求的目标，在诸多改善和提高钛合金强韧化的技术手段中合金化是最根本的手段。钛合金按退火后的组织特点可以分为α、（α＋β）和β型钛合金三大类，其中，α型钛合金是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，基体相均为α相，组织稳定，α钛合金密度小，有良好的热强性、热稳定性以及优异的的室温、超低温和高温特性，所以α钛合金的研发一直是世界各国关注的焦点。

经过长期实践，将强度和韧性一同考虑在内的损伤容限设计成为钛及钛合金材料应用时备受关注的问题。制备出强度更高、韧性更好的钛合金材料是不断追求的目标。在诸多改善和提高钛合金强韧化的技术手段中合金化是最根本的手段，也是开发新型钛合金的重要方法。然而目前α钛合金的合金化元素的选择却一直局限于少数几种元素，如Sn、Mo、Zr、V、等，对于新型合金元素如Cr和Mn等元素的尝试较少，因此不断尝试不同种类的合金元素，进而研究其对钛合金的组织和性能的影响规律，是新型α钛合金研制方面需要着重解决的问题。

发明内容

针对新型α钛合金研发方面存在的问题，本发明的目的是提供一种新型α钛合金，是一种含Cr和Mn合金元素的新型α钛合金。本发明一种新型α钛合金，其特征在于具有以下的组分和质量百分数：5.0~7.0 wt%的铝，4.0~5.0 wt%的铬，1.0~2.0 wt%的锰，其它氧、碳、氮、氢总量≤0.1 wt%，余量为钛；

本发明一种新型α钛合金型材制备方法其特征在于具有以下的制备过程：

a. 板材的制备

CCIM法(即真空感应悬浮熔炼法)：将纯钛、纯铝、纯铬、纯锰，配料后在箱式电阻炉中预处理即在180℃保温12个小时，然后置于水冷铜坩埚中，反复洗炉4次后反冲0.006 MPa的氩气作为保护气体，在高于其熔点10-150℃温度范围内反复熔炼4次，得到椭圆形铸锭，所得铸锭加热到760℃，在横列式轧机上热轧，5道次轧完，一道次的变形率不超过15%，得到厚度为6~7mm的板材；然后将此板材再作真空退火热处理，退火温度为700℃，保温时间为2h，冷却方式为空冷；

b. 棒材的制备

VAR法（即真空感应自耗熔炼法）：将纯钛、纯铝、纯铬、钛锰中间合金，配料后采用挤压法压制成电极块，然后在真空-充氩箱内用电弧焊将电极块焊接在一起作为真空自耗电极，通电后自耗电极与熔池间电弧放电产生高温将电极熔化，得到金属钛锭，钛锭加热到1050℃开坯锻造2~3次，将锻坯反复镦粗和拔长锻造2~3火次得到φ20mm的轧制棒坯，将表面裂纹打磨干净，空冷至室温，得到成品棒材；然后将此棒材再作真空退火热处理，退火温度为700℃，保温时间为2h，冷却方式为空冷。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

将纯钛、纯铝、纯铬、纯锰，按表1的成分配比进行配料，在普通的箱式电阻炉中预处理（180℃保温12个小时），去除合金原料中的自由水，然后置于水冷铜坩埚中，反复洗炉4次后反冲0.006 MPa的氩气作为保护气体，反复熔炼4次，得到椭圆形铸锭，所得铸锭加热到760℃，在横列式轧机上热轧，5道次轧完，一道次的变形率不超过15%，得到厚度为6~7mm的板材。轧制得到的板材按表2的热处理制度进行热处理后，取样并依照国标GB/T228-2002的要求进行室温力学性能测试，其力学性能见表2。

 

表1 实施例1中合金的成分配比