一种中强高塑性钛合金的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种中强高塑性钛合金，由以下质量百分比的成分组成：Nb 11％～26％，Mo+W 4％～11％，O 0.08％～0.19％，余量为Ti和不可避免的杂质，其中Mo≥3％，0％≤W≤4％。本发明钛合金经热处理后的室温抗拉强度为600MPa～800MPa，室温延伸率不小于20％，冷热加工性优良，在常温及液氢温度条件下都具有较高塑性，能够满足航空、航天等应用领域对铆钉及超低温结构件的需求。
【专利说明】
一种中强高塑性钛合金
技术领域
[0001 ]本发明属于钛合金材料技术领域，具体涉及一种中强高塑性钛合金。
【背景技术】
[0002]Ti45Nb合金是目前最重要的飞机制造铆钉用钛合金材料，其特点是强度适中并具有良好的冷塑性从而满足冷镦成形的要求。然而，Ti45Nb较高的Nb含量导致合金具有一系列缺点。例如:原料成本高;合金高温易氧化，热加工时损耗高;密度大等。因此，航空领域对开发成本较低、密度较低且能满足应用的铆钉用新型钛合金有明确的需求。
[0003]目前，可在液氢温度下应用的低温钛合金一般是低间隙的近α钛合金，如T1-5A1-
2.5Sn、T1-6Al-3Nb-2Zr及新近开发的T1-3Al-5Sn-lMo-0.2Si等。该类合金以α稳定元素Al和中性合金元素Sn、Zr作为主要强化元素，氧含量一般低于0.12%。其特点是低温下塑性基本不下降，然而其缺点是室温塑性不足，冷热加工性较差，严重影响了构件的成形性。航天领域对室温塑性高、成形性优良、可用于超低温的新型钛合金需求明确。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种一种中强高塑性钛合金，该钛合金的冷热加工性优良，在常温及液氢温度条件下都具有较高塑性，能够满足航空、航天等应用领域对铆钉及超低温结构件的需求。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种中强高塑性钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Nb 11%?26%，Mo+W 4%?11%，0 0.08%?0.19%，余量为Ti和不可避免的杂质，其中Mo彡3%，0%彡W彡4%;所述中强是指该钛合金经热处理后的室温抗拉强度为600MPa?SOOMPa，所述高塑性是指该钛合金经热处理后的室温延伸率不小于20%，所述室温是指温度为10°C?35°C。
[0006]上述的一种中强高塑性钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Nb26%,Mo 3%,W 1%,0 0.14%?0.19%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0007]上述的一种中强高塑性钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Nb23%,Mo 4%,W 2%,O 0.10%?0.15%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0008]上述的一种中强高塑性钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Nb20%,Mo 5%,O 0.10%?0.15%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0009]上述的一种中强高塑性钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Nb17%,Mo 7%,W 3%,O 0.12%?0.17%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0010]上述的一种中强高塑性钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Nb14%,Mo 7%,W 4%,O 0.08%?0.13%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0011]上述的一种中强高塑性钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Nb11%,Mo 10%,O 0.08%?0.13%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0012]本发明中强高塑性钛合金的制备方法为钛合金的常规制备方法:根据需要选择合适的中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极，经真空自耗电弧重熔的工艺得到合金锭，然后根据需要进行锻造、挤压、乳制等热加工工艺及冷拉、冷乳等冷加工工艺，成品经退火或固溶时效后使用。
[0013]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0014]1、本发明钛合金与传统的Ti45Nb合金相比，其强度、塑性及冷成形性相当，高温抗氧化性更优，成本约降低40%，与可用于低温的近α型钛合金相比。
[0015]2、本发明钛合金的冷热加工性优异，室温塑性大幅度提高，具有优良的冷加工性；液氢温度下仍保持10%以上的延伸率。可满足航空铆钉及航天低温等领域对中强高塑性钛合金的需求。
[0016]下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
【具体实施方式】
[0017]本发明中强高塑性钛合金由以下质量百分比的成分组成:Nb11%?26%，Mo+W4%?11%，0 0.08%?0.19%，余量为Ti和不可避免的杂质；其中Mo彡3%，0%彡W彡4%。所涉及的中间合金包括金属铌(铌烧结条、铌棒或铌粉)、钼粉、钨粉或钛钨合金、氧化钛粉，所使用的海绵钛为O级。制备本发明所述钛合金时，首先根据需要选择合适的中间合金，将中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极，用真空自耗电弧炉经三次熔炼成合金锭，将合金锭在1000 °C?1180 °C温度条件下开坯锻造，成品热加工温度为800 °C?980 °C，钛合金成品的退火温度为650 °C?750 0C，固溶处理的温度为780 °C?920°C。本发明钛合金经热处理后的室温拉伸性能为:Ob: 600MPa?800MPa ,δ:20%?42 %，所述室温是指温度为10 °C?35°C ;20K拉伸性能为ob: 1340MPa?1520ΜΡα，δ: 14%?21%。
[0018]实施例1
[0019]本实施例中强高塑性钛合金由以下质量百分比的成分组成:Nb26%,Mo 3%,W1%,0 0.14%?0.19%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0020]本实施例中强高塑性钛合金的制备方法为:按照合金的名义成分T1-26Nb_3Mo-1W_( 0.14?0.19) O选取原料:铌棒、钼粉、T1-30W合金、海绵锆、氧化钛粉和O级海绵钛，然后将各中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极，之后用真空自耗电弧炉经三次熔炼成合金锭;合金锭的实测氧含量0.18^%;接着将合金锭在1150°C温度条件下开坯锻造成直径为10mm的圆形棒还，在900 °C温度条件下热乳成直径为8mm的丝材，然后冷拉成直径为
3.5mm的钛合金丝材。
[0021]本实施例中强高塑性钛合金丝材经过800°C/30min热处理后的室温拉伸性能为:Ob:680MPa,σ0.2:550MPa,δ:34% ；20Κ拉伸性能为ob: 1370MPa,σ0.2:1040MPa，δ: 15%。
[0022]实施例2
[0023]本实施例中强高塑性钛合金由以下质量百分比的成分组成:Nb23%,Mo 4%,W2%,O 0.10%?0.15%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0024]本实施例中强高塑性钛合金的制备方法为:按照合金的名义成分T1-23Nb_4Mo-2W-(0.1?0.15)0选取原料:银烧结条、钼粉、妈粉、氧化钛粉和O级海绵钛，然后将各中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极，之后用真空自耗电弧炉经三次熔炼成合金锭;合金锭的实测氧含量0.17^%;接着将合金锭在1180°C温度条件下开坯锻造成直径为150mm的圆形棒还，在980 °C温度条件下热挤压成壁厚为6mm的管还，然后冷乳成直径为45mm，壁厚为
2.5mm的钛合金管材。
[0025]本实施例钛合金管材经过750 °C/30min真空退火处理后的室温拉伸性能为:ob:760MPa,σ0.2:630MPa,δ:30% ；20Κ拉伸性能为ob: 1480MPa,σ0.2:11 1MPa，δ: 16%。
[0026]实施例3
[0027]本实施例中强高塑性钛合金由以下质量百分比的成分组成:Nb20%,Mo 5% ,00.10%?0.15%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0028]本实施例中强高塑性钛合金的制备方法为:按照合金的名义成分T1-20Nb_5Mo-(0.1?0.15)0选取原料:铌粉、钼粉和O级海绵钛，然后将各中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极，之后用真空自耗电弧炉经三次熔炼成合金锭；合金锭的实测氧含量
0.0Swt % ;接着将合金锭在1100°(:温度条件下开坯锻造成直径为150mm的圆形棒坯，在950°C温度条件下热锻成直径为50mm的钛合金圆棒。
[0029]本实施例钛合金棒材经920°C/60min固溶处理后的室温拉伸性能为:ob:580MPa，σ0.2:430MPa,δ:42% ；20Κ拉伸性能为ob: 1320MPa，σ0.2:1020MPa，δ:21 %。
[0030]实施例4
[0031]本实施例中强高塑性钛合金由以下质量百分比的成分组成:Nb17%,Mo 7%,W3%，0(0.12%?0.17)%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0032]本实施例中强高塑性钛合金的制备方法为:按照合金的名义成分T1-17Nb_7Mo-3W-(0.12?0.17)0选取原料:铌烧结条、钼粉、钨粉、氧化钛粉和O级海绵钛，然后将各中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极，之后用真空自耗电弧炉经三次熔炼成合金锭;合金锭的实测氧含量0.14wt% ;接着将合金锭在1050°C温度条件下开坯锻造成厚度为80mm的板还，在850°C温度条件下热乳成厚度为1mm的钛合金板材。
[0033]本实施例钛合金板材经650 °C/60min退火处理后的室温拉伸性能为:ob: 800MPa，σ0.2:720MPa ,δ:20% ； 20K 拉伸性能为 ob: 1520MPa，σ0.2:1130MPa，δ: 11 %.
[0034]实施例5
[0035]本实施例中强高塑性钛合金由以下质量百分比的成分组成:14%，Mo7%，W4%,O(0.08%?0.13)%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0036]本实施例中强高塑性钛合金的制备方法为:按照合金的名义成分T1-14Nb_7Mo-4W-(0.08?0.13 )0选取原料:铌粉、钼粉、钨粉、氧化钛粉和O级海绵钛，然后将各中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极，之后用真空自耗电弧炉经三次熔炼成合金锭;合金锭的实测氧含量0.14的％;接着将合金锭在1000°C温度条件下开坯锻造成直径为50mm的圆形棒还，在850 0C温度条件下热乳成直径为16mm的钛合金圆棒。
[0037]本实施例钛合金棒材经780°C/60min固溶处理后的室温拉伸性能为:ob:750MPa，σ0.2:630MPa,δ:32% ；20Κ拉伸性能为ob: 141MPa，σ0.2:1090MPa，δ: 16%。
[0038]实施例6
[0039]本实施例中强高塑性钛合金由以下质量百分比的成分组成:Nb11%,Mo 10%,O(0.08%?0.13)%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0040]本实施例中强高塑性钛合金的制备方法为:按照合金的名义成分T1-1lNb-1OMo-(0.08?0.13)0选取原料:铌烧结条、钼粉、氧化钛粉和O级海绵钛，然后将各中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极，之后用真空自耗电弧炉经三次熔炼成合金锭;合金锭的实测氧含量0.12wt% ;接着将合金锭在1100°C温度条件下开坯锻造成直径为10mm的圆形棒还，在800°C温度条件下热乳成直径为8mm的丝材，然后冷拉成直径为3.5mm的钛合金丝材。[0041 ] 本实施例钛合金丝材经800°C/30min退火处理后的室温拉伸性能为:Gb:770MPa，σ0.2:640MPa,δ:26% ；20Κ拉伸性能为ob: 1460MPa，σ0.2:1130MPa，δ: 14%。
[0042]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种中强高塑性钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Nb 11%?26%,Mo+ff 4%?11%，0 0.08%?0.19%，余量为Ti和不可避免的杂质，其中Mo彡3%，0%彡W彡4%;所述中强是指该钛合金经热处理后的室温抗拉强度为600MPa?800MPa，所述高塑性是指该钛合金经热处理后的室温延伸率不小于20%，所述室温是指温度为10°C?35Γ。2.根据权利要求1所述的一种中强高塑性钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Nb 26%,Mo 3%,W 1%,0 0.14%?0.19%，余量为Ti和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的一种中强高塑性钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Nb 23%,Mo 4%,W 2%,O 0.10%?0.15%，余量为Ti和不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的一种中强高塑性钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Nb 20%,Mo 5%,O 0.10%?0.15%，余量为Ti和不可避免的杂质。5.根据权利要求1所述的一种中强高塑性钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Nb 17%,Mo 7%,W 3%,O 0.12%?0.17%，余量为Ti和不可避免的杂质。6.根据权利要求1所述的一种中强高塑性钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Nb 14%,Mo 7%,W 4%,O 0.08%?0.13%，余量为Ti和不可避免的杂质。7.根据权利要求1所述的一种中强高塑性钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Nb 11%,Mo 10%,O 0.08%?0.13%，余量为Ti和不可避免的杂质。
【文档编号】C22C14/00GK105925843SQ201610378905
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】葛鹏, 赵永庆, 李倩, 周伟
【申请人】西北有色金属研究院