[发明专利]一种高强高硬合金的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及高强度钛合金制备领域，具体为一种高强高硬合金的制备方法，该方法适用于Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe/Zr/Sn系合金超高强度构件制备。

背景技术：

钛合金具有高强度、低密度、比强度高、生物相容性好等优点，在医疗航天领域具有广泛的应用。近几年来，随着世界航空工业的进步与发展，无论军事方面还是民用方面，对飞机的比重有了进一步的要求。因此，作为密度适中，强度较高的高比强度材料的钛合金，在各类航空器上得到的应用日益广泛。随着钛合金的不断发展，具有各种特质的新型钛合金不断被开发及应用到各个方面。根据合金元素和杂质对钛的β转变温度的影响，可以将钛合金分为三类：α型钛合金、β型钛合金及α+β型钛合金，其中β型钛合金是制备高强度钛合金的最佳选择。

在过去几十年，亚稳态β合金的重要性逐步提高。这些合金经强化后，可以获得1400MPa左右的高强度水平。这类合金所具有的复杂显微组织可以使设计者获得最佳的高强度和高韧性的配合。这类合金主要包括Ti-15-3，β21S，β-C，Ti1023和VT22等合金。其中Ti-15-3可以在室温下变形加工成箔材；β21S是专门开发的一种抗氧化薄膜合金，被用作长纤维增强钛合金的基体；TIMETAL LCB是一种低成本β合金(LCB＝low cost β，低成本β)，应用于除航空部门以外的其它领域如汽车工业等；法国研制的β-CEZ合金应用于燃气涡轮发动机中的中温零件；日本的SP700合金由于具有非常细小的双态组织，因此即使当温度降至700℃时仍然具有优异的超塑性。

但是到目前为止，已报到的高强度钛合金大都集中在强度1400MPa左右，而目前在高强刀具、航空航天及舰船领域对钛合金的强度、抗腐蚀性及塑性提出了更高的要求。

发明内容：

本发明目的是提供一种高强高硬合金的制备方法，该方法适用于Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe/Zr/Sn系合金，可广泛应用于高抗腐蚀性、高强度钛合金材料领域，如：钛合金高强耐蚀刀具、高强度耐蚀弹簧、各种类型承重件制备等。

本发明的技术方案：

一种高强高硬合金的制备方法，该制备方法适用于Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe/Zr/Sn系合金，通过对该系合金在相变点上/下轧制变形处理，随后对其进行两步热处理，最终获得所述高强高硬钛合金。

所述的高强高硬合金的制备方法，Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe/Zr/Sn系合金成分范围为：Al为5～8wt％，Mo为0～6wt％，V为4～15％，Cr为0～6wt％，Fe/Zr/Sn为0～3wt％，杂质含量(O+N+H)为0.1～0.5wt％，余量为Ti。

所述的高强高硬合金的制备方法，Zr含量优选为0.9～1.2wt％，Sn含量优选为0.9～1.2wt％。

所述的高强高硬合金的制备方法，轧制变形处理时，轧制变形温度为相变点上/下10℃～30℃，轧制次数为1～3次，变形量应高于50％。

所述的高强高硬合金的制备方法，两步热处理时，首先在600～900℃之间进行去应力退火，保温时间为0.5～6h，冷却速度为5～15℃/min；随后在350～550℃之间热处理4～72h，冷却速度为5～15℃/min。

所述的高强高硬合金的制备方法，高强高硬合金力学性能为：抗拉强度为1500～1900MPa，延伸率为0.5～10％，洛氏硬度为45～56。

本发明的优点及有益效果如下：

1、本发明针对Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe/Zr/Sn系合金，提出制备高强高硬钛合金的方法，通过轧制处理并结合两步热处理，可以获得抗拉强度为1500～1900MPa，延伸率为0.5～10％，洛氏硬度(HRC)为45～56的高强高硬钛合金，其高强度、硬度以及良好塑性的匹配远高于已报道的钛合金，可在高抗腐蚀性、高强度钛合金材料领域获得广泛应用。

2、本发明制备的高强高硬钛合金可以应用于各种需要高强度材料的部位，如：高强耐蚀刀具、各种类型承重件、高强度耐蚀弹簧、各类航空器起落架等。