[发明专利]一种高强高塑钛铝铁硅碳合金

说明书

一种高强高塑钛铝铁碳硅合金，其化学成分的质量百分比如下：Al 6％，Fe 3.972％，C 0.028％，Si 0.25‑1％，余量为Ti量和不可避免的杂质；上述钛铝铁碳硅合金的制备方法主要是将上述成分的合金置于水冷铜坩埚中，利用真空非自耗电弧炉进行熔炼，每次熔炼4分钟，反复熔炼最少8次，随坩埚冷却至室温，从坩埚中取出后，在850℃进行多道次轧制，最终变形量达到70‑75％，随后水冷，得到高强高塑钛铝铁碳硅合金。本发明所用原料成本低廉，易于加工，所得到的钛铝铁碳硅合金屈服强度达1146‑1272MPa，断裂强度达1216‑1357MPa，塑性可达12.01‑12.88％(应变13.33‑14.12％)。

技术领域

本发明属于有色金属技术领域，特别涉及一种钛合金。

背景技术

钛合金有良好的力学性能、耐腐蚀及生物相容性等优点，广泛应用于汽车、船舶、航空航天、医疗等领域。部分牌号的钛合金如Ti-6Al-4V，Ti-10V-2Fe-3Al中所含的V元素有微毒性，并且原料价格较高，因此，人们希望找到其他更适宜的元素替代V。早期，美国研究人员用Fe代替V，研发了Ti-6Al-4Fe合金，该合金有更高的强度及与Ti-6Al-4V合金相近的塑性(Ti-6Al-4V抗拉强度为980MPa，应变为14％；Ti-6Al-4Fe抗拉强度为1100MPa，应变为14％)。可见，通过元素替代或者添加少量、微量其它元素，在一定程度上能达到改善性能、降低成本的作用，但是，单纯用Fe取代V所得到的合金的力学性能还不令人满意。

进一步降低钛合金的原料成本，调控合金组织以提高性能，是新型低成本高性能钛合金研发的核心问题。研究发现，微量的C或Si元素加入到钛合金中能起到改善组织，提高性能的作用。但是，C和Si等微量元素各自加入钛合金中的作用机理，及其对合金的影响程度不尽相同。那么如何进一步降低低合金的原料成本，即改善钛合金组织，又能提高性能，是达到理想的合金化效果的核心问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原料成本低廉、易于加工的高强高塑钛铝铁碳硅合金。

本发明的高强高塑钛铝铁碳硅合金，其化学成分的质量百分比如下：Al 6％、Fe3.972％、C 0.028％、Si 0.25-1％，余量为Ti量和不可避免的杂质。

上述钛铝铁碳硅合金的制备方法如下：

将上述成分的合金置于水冷铜坩埚中，利用真空非自耗电弧炉进行熔炼，熔炼前电弧炉的背底真空高于2.0×10^-2Pa，弧焊电源电流工作范围为400A，电压为20V，熔炼温度为1700-2100℃，单个铸锭每次熔炼时间为4分钟，反复熔炼最少8次，熔炼完毕的合金锭随坩埚冷却至室温，熔炼均匀的合金从坩埚中取出后，利用轧机在850℃进行多道次轧制，最终变形量达到70-75％，随后水冷至室温，得到高强高塑钛铝铁碳硅合金。

Ti-6Al-4Fe合金由α和β两相组成，具有良好的强度与塑性，微量C和Si的同时加入在基体中形成硬脆的TiC和TiSi相，起到强化基体的作用。此外，C和Si的同时加入所形成的微量化合物相在凝固过程中可作为形核剂，有效细化基体组织，改善其形貌和分布，进一步提高合金的力学性能。

本发明中Ti为主体元素，Al、Fe为主要合金化元素，C和Si为微合金化元素。所用合金元素的作用包括固溶强化、第二相强化、改善合金微观组织等。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、同时加入C、Si两种元素，得到的复合强化效果可远高于添加单元素的强化效果，所得到的钛铝铁碳硅合金屈服强度可达1146-1272MPa，断裂强度可达1216-1357MPa，大幅高于Ti-6Al-4V及Ti-6Al-4Fe合金，延伸率与Ti-6Al-4V相当，可达12.01-12.88％(应变13.33-14.12％)。

2、所用原料成本低廉，无毒无害，易于加工。