一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种钛合金，特别是涉及一种含Fe和Μη合金元素的α钛合金。
【背景技术】
[0002] 钛及钛合金由于其具有高的比强度、良好的耐腐蚀性、高耐热性和良好的生物相 容性而被广泛应用于航空航天、海洋工程、石油化工和生物医药等领域。一般钛合金可以分 为三大类:α，β和α+β钛合金。与β和α+β钛合金相比，α钛合金具有更好的抗懦变性、 焊接和加工韧性。α钛合金中，固溶强化是提高合金强度的一个显著方式。它的作用机理是 溶质原子的固溶引起原有的晶格发生畸变，使得受力条件下位错的运动受到阻碍，从而提 高合金强度。
[0003] 近年来，α钛合金的固溶合金元素大都集中某些特定的元素如Al，Sn，Zr，Μο，V。事 实上Cr、Mn、Fe等元素也有很好的固溶强化作用。如果昂贵元素（如V，Mo，Nb等)可通过廉价 的元素(如Fe，Cr，Mn等)代替而不影响合金的性能，那么就可以实现降低α钛合金制造成本 的目的。目前，国内外已经使用这种手段开发出一些低成本β和α+β钛合金。例如， Timetal 62S(Ti-6Al-l · 7Fe-0 · ISi)和Timetal LCB(Ti-4.5Α1-6 · 8Μ〇-1 · 5Fe)用Fe作为解 决方案的元素，证明它们具有较好的机械性能且成本比TC4(Ti-6Al-4V)要低很多，实现了 合金的设计目的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种含Fe和Μη合金元素的α钛合金。
[0005] 本发明一种含Fe和Μη合金元素的α钛合金，其特征在于，该合金各组分元素的质量 百比为：铝(Α1):5·5-6·5% ;铁(Fe):2.0-3.0% ;锰(Μη):3·0-4·5% ;氧(0):0-0.05% ;碳 (0:0-0.01% ;氢(H) :0-0.001% ;余量为钛(Ti)上述含Fe和Μη合金元素的α钛合金的制备 方法，包括以下步骤： 按照上述各成分范围配进行配料，配料后将各原料放在箱式电阻炉中150Γ下保温12 h进行烘干，然后将烘干后的原料再置于分瓣式水冷铜坩埚中进行熔炼，控制熔池温度保持 在1650-1750°C，熔炼时间为3-5min，熔炼4-5次，炼制成铸锭;铸锭加热到800°C，在横列式 乳机上乳制成板材，其厚度为8-10mm，对乳制得到的板材进行真空退火热处理，退火温度为 600°C，保温时间为4h，冷却方式为空冷，真空退火热处理后，得到本发明的一种含Fe和Μη合 金元素的α钛合金板材。 本发明的与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点： 本发明的一种含Fe和Μη合金元素的α钛合金采用Mn、Fe等元素具有很好的固溶强化作 用。通过廉价的元素(如Fe，Cr，Mn等)代替昂贵元素(如V，Mo，Nb等），不仅降低了钛合金制造 成本，而且还具有良好的抗蠕变性、焊接和加工韧性。
【具体实施方式】
[0006] 下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。
[0007] 实施例1 将市售的海绵钛、纯铝、纯铁、纯锰按表1的成分比进行配料，配制成原料，再将原料放 在箱式电阻炉中150°c下保温12 h进行烘干，将烘干后的原料再置于分瓣式水冷铜坩埚中 进行熔炼，控制熔池温度保持在1650-1750°C，熔炼时间为3-5min，熔炼4-5次，炼制成铸 锭，铸锭加热到800°C，在横列式乳机上乳制成板材，其厚度为8-10mm，对乳制得到的板材进 行真空退火热处理，退火温度为600°C，保温时间为4h，冷却方式为空冷，真空退火热处理 后，得到本发明的一种含Fe和Μη合金元素的α钛合金板材。
[0008] 将上述α钛合金板材制成标准样（参照GB/T228.1-2010)进行室温力学性能测试， 其力学性能见表2。
[0009]由表1和表2中数据可以看出，本发明的α钛合金棒材具有更好的综合力学性能。而 且制造成本较低，具有优良性价比。
[0010] 实施例2 将市售的海绵钛、钛铝中间合金、纯铁、纯锰按表3的成分比进行配料，配制成原料，配 料后，采用挤压法将原料制成电极块，然后将电极块放在真空等离子箱内焊接，焊接后的电 极置于真空自耗电弧炉4-5次熔炼，电极电弧熔炼制成铸锭，铸锭加热到1080°C，开坯锻造 成Φ 45mm的乳制棒还，棒还加热到800°C，在横列式乳机上乳制成Φ 20mm的棒材，对乳制后 的棒材进行真空退火热处理，退火温度为600 °C，保温时间为4h，冷却方式为空冷，真空退火 热处理后，得到本发明的一种含Fe和Μη合金元素的α钛合金棒材。
[0011]将上述α钛合金棒材制成标准样(参照GB/T228.1-2010)进行室温力学性能测试， 其力学性能见表4。
[0012]由表3和表4中数据可以看出，本发明的α钛合金棒材具有更好的综合力学性能。而 且制造成本较低，具有优良性价比。
【主权项】
1. 一种含Fe和Μη合金元素的α钛合金，其特征在于，该合金各组分元素的质量百比为： 铝（Α1):5·5-6·5% ;铁（Fe):2.0-3.0% ;锰(Μη):3·0-4·5% ;氧（0):0-0.05% ;碳（0:0- 0.01% ;氢(H) :0-0.001% ;余量为钛(Ti)。2. -种根据权利要求1所述的一种含Fe和Μη合金元素的α钛合金的制备方法，其特征在 于，该方法包括以下步骤:按照上述各成分范围配进行配料，配料后将各原料放在箱式电阻 炉中150Γ下保温12 h进行烘干，然后将烘干后的原料再置于分瓣式水冷铜坩埚中进行熔 炼，控制熔池温度保持在1650-1750°C，熔炼时间为3-5min，熔炼4-5次，炼制成铸锭;铸锭加 热到800 °C，在横列式乳机上乳制成板材，其厚度为8-10mm，对乳制得到的板材进行真空退 火热处理，退火温度为600°C，保温时间为4h，冷却方式为空冷，真空退火热处理后，得到含 Fe和Μη合金元素的α钛合金板材。
【专利摘要】本发明公开了一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金，其特征在于，该合金各组分元素的质量百比为：铝（Al）：5.5-6.5%；铁（Fe）：2.0-3.0%；锰（Mn）：3.0-4.5%；氧（O）：0-0.05%；碳（C）：0-0.01%；氢（H）：0-0.001%；余量为钛（Ti）。本发明的一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金采用Mn、Fe等元素具有很好的固溶强化作用。通过廉价的元素（如Fe，Cr，Mn等）代替昂贵元素（如V，Mo，Nb等），不仅降低了钛合金制造成本，而且还具有良好的抗蠕变性、焊接和加工韧性。
【IPC分类】C22F1/18, C22C14/00, C22C1/02, C22F1/02
【公开号】CN105624467
【申请号】CN201610130528
【发明人】李重河, 王树森, 鲁雄刚, 王世华, 林崇茂, 程红伟, 汪宏斌, 陈光耀
【申请人】上海大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年3月8日