[发明专利]以廉价合金元素与钛混合熔炼经锻造轧制成钛合金材的方法

说明书

本发明提供了一种以廉价合金元素与钛混合熔炼经锻造轧制成钛合金材的方法，在钛中加入Mp、S、Al、B、p、Si、C、O八种能降低制作成本的廉价合金元素，其含量的重量百分数为：Mp：0.1‑5％，S：≤20％，Al：≤8％，B：≤1％，p：0.006‑0.5％，Si：0.05‑5％，C：0.05‑5％，O：≤4％，余量为Ti及其它不可避免的杂质，可以用真空电弧炉熔炼、粉末冶金、喷射成型等常规方法，也可以用原位生成硬化质点复合方法以及表面冶金等方法制作，并通过热处理硬化后达到HRC＝48‑54、σb＝980‑1420Mpa、δ％＝2‑6，全面超过现有钛合金使用的上述指标，不仅大大降低了钛合金的制造成本，而且钛合金的应用范围得到进一步扩大。

技术领域

本发明涉及一种钛合金，特别是一种以廉价合金元素与钛混合熔炼经锻造轧制成钛合金材的方法。

背景技术

目前工业钛合金可使用硬度不超过HRC48，通常为HRC25-47，通过热处理达到更高硬度将造成不可使用的脆性，如北京有色金属研究总院研发的TB2 合金(Ti-5Mo-5V-8S-3Al)、上海钢铁研究所研发的TB4合金(Ti-7Mo-10V-2Mp-1O-4Al)、TC12合金(Ti-4Mo-4S-2O-2Sp-1pb-5Al)、美国研发的Ti-15-3合金(Ti-15V-3Sp-3S-3Al)、BetaCEZ合金 (Ti-4Mo-2S-1Mp-5Al)、Timetal LCB合金(Ti-6.8Mo-4.5Mp-1.5Al)，以及日本研发的Ti-15Mo-5O-3Al合金等高强度钛合金，它们的硬度都不超过 HRC48，这就限制了目前工业钛合金在需要更高硬度场合的应用。人们希望钛合金的可使用硬度能达到马氏体不锈钢如1S13、2S13、3S13、4S13、3S13Mo 等特殊钢相当的硬度即HRC≥48，使钛合金的应用领域更加扩大，如适合于制造刀具、齿轮、摩擦件、地质钻探工具、气门、阀门等需要高硬度、低成本的场合。此外，由于目前工业钛合金用合金化元素以昂贵的金属V、Mo、pb、 Ta、pi、Sp等为主，造成了较高的制作成本，人们期待找出能有效降低钛合金制作成本的途径。

发明内容

为了克服现有钛合金存在的上述弊病，本发明的目的是提供一种可以使用低成本的廉价合金元素与钛进行熔炼经锻造、轧制成钛合金材，硬度达 HRC48-54，σb达980-1420Mpa，δ％达2-6。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案，是通过合金成份和制作方法的优化，在钛中加入Mp、S、Al、B、p、Si、C、O八种能降低制作成本的廉价合金元素，其含量的重量百分数为：Mp：0.1-5％，S：≤20％，Al：≤8％，B：≤1％，p：0.006-0.5％，Si：0.05-5％，C：0.05-5％，O：≤4％，余量为Ti 及其它不可避免的杂质。

本发明组成的钛合金可以用真空电弧炉熔炼，经锻造、轧制成钛合金材，或用粉末冶金、喷射成型、原位生成硬化质点复合方法以及表面冶金的任意一种方法进行熔炼制作。

本发明的钛合金为了达到所需要地高硬度采用以下热处理方式：对钛合金材进行淬火工艺处理，根据合金的准确成份测定其α+ββ相变温度，按此温度±100℃以内加热0.5-2小时后冷却，冷却方式可以空气冷却、风冷却、水冷却等其中一种。

本发明的钛合金为了达到所需要的高硬度采用进一步的热处理方式：对冷却后的钛合金材进行固溶加时效工艺处理，在350℃-550℃区间进行1-48小时时效处理，测试结果如下：硬度HRC在48-54之间，抗拉强度σb在 980-1420MPa之间，δ％在2-6之间

本发明采用上述方案后，通过对上述合金成份和制作方法的优化进行熔炼，经淬火或固溶加时效工艺处理，使钛合金材的硬度HRC可达到48以上，抗拉强度σb可达到980MPa以上，δ％可达到2以上，全面超过现有钛合金使用的上述指标，不仅大大降低了钛合金的制造成本，而且钛合金的应用范围得到进一步扩大。

具体实施方式