[发明专利]一种高强度、高塑性的粉末冶金钛合金及其加工方法

说明书

本发明公开了一种高强度、高塑性的粉末冶金钛合金及其加工方法，属于钛合金领域。本发明的加工方法，采用粉末冶金法制备的锭坯氧含量达到0.35wt％，锭坯中的高氧含量不仅会通过提高合金相变点影响合金锻造温度的设计，更会显著增高合金中α稳定元素含量进而影响合金的力学性能和强韧化机制；高氧锭坯经过三镦三拔开坯锻造、三镦三拔锻造、棒材轧制和退火热处理，获得了一种非均质层状多级第二相组织，使合金具备良好的高强度、高塑性匹配；本发明的高强度、高塑性的粉末冶金钛合金，内部呈非均质层状多级第二相组织，非均质层状细晶组织中的层状结构能增强合金结构强度，层状结构能容纳应变，从而使合金保持高韧性和高塑性。

技术领域

本发明属于钛合金领域，尤其是一种高强度、高塑性的粉末冶金钛合金及其加工方法。

背景技术

钛合金具有低密度、高比强度、耐蚀性好、无磁性等优点，在航空、航天、海洋工程和汽车等工业领域得到了广泛的应用。近β钛合金具有高比强度，能够有效减轻结构重量，因此应用逐渐受到重视。

近β高强钛合金发展遇到的技术问题是强度升高、塑性降低。为解决这一技术问题，一般有两种办法。一是研发新型钛合金，严格控制氧等杂质元素含量，通过复杂的锻造工艺和高温固溶时效热处理工艺，改善合金的强度与塑性的匹配；二是在现有近β高强钛合金基础上，通过改变工艺路径，改善合金的强度与塑性的匹配。

发明内容

本发明的目的在于克服近β高强钛合金的强度高但塑性差的缺点，提供一种高强度、高塑性的粉末冶金钛合金及其加工方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的高强度、高塑性的的粉末冶金钛合金的加工方法，将粉末冶金Ti-5553合金的锭坯在相变点以上80～100℃三镦三拔锻造开坯，之后在相变点以下50～80℃三镦三拔锻造成棒坯，再在相变点以下80～100℃经两火次轧制成棒材；

将棒材进行退火处理，退火条件为600～700℃保温1h，空冷得到近β型钛合金；

其中，粉末冶金Ti-5553合金的锭坯的氧含量为0.35wt％；

所述相变点为975～985℃。

进一步的，所述棒坯的直径为30mm。

进一步的，所述棒材的直径为11mm。

进一步的，Ti-5553合金的锭坯的加工方法为：

以325目钛粉和250目Al-30.4Mo-28.0V-16.7Cr四元中间合金粉末为原料，混合成Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr，在250MPa冷等静压1min，再在1150℃真空烧结4.5h，得到Ti-5553合金的锭坯。

本发明的加工方法得到的粉末冶金钛合金，为近β型钛合金。

进一步的，呈非均质层状多级第二相组织结构。

进一步的，抗拉强度为1354～1700MPa，延伸率为7.2％～13％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的高强度、高塑性的粉末冶金钛合金的加工方法，采用粉末冶金法制备的锭坯氧含量达到0.35wt％，锭坯中的高氧含量不仅会通过提高合金相变点影响合金锻造温度的设计，更会显著增高合金中α稳定元素含量进而影响合金的力学性能和强韧化机制；高氧锭坯经过三镦三拔开坯锻造、三镦三拔锻造、棒材轧制和退火热处理，获得了一种非均质层状多级第二相组织，使合金具备良好的高强度、高塑性匹配；三镦三拔的开坯锻造使锭坯的晶粒大范围破碎；三镦三拔锻造使合金晶粒通过再结晶进一步细化并结合动态相变析出初生第二相；棒材轧制使得合金出现了层状分布的组织特性，并产生次生第二相；最后经过退火热处理，析出纳米级的三次第二相，最终在合金中形成了非均质层状多级第二相组织。