专利名称：微量稀土合金化处理的ta16钛合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微量稀土合金化处理的TA16钛合金，在残酷环境下应用的钛合 金，要求钛合金必须具有良好的力学性能和高温强度，属于钛合金材料的技术领域。
背景技术：
早先俄罗斯使用不锈钢制造舰船动力装置的蒸汽发生器、热交换器、取水冷却系 统，给原子能动力装置造成了很大麻烦。由于系统密封性的破坏，曾造成严重的事故。为了 排除事故，普罗米修斯中央结构材料研究院提出采用钛合金T-7M钛合金对其不锈钢进行 替代。这一方案非常正确，自从采用钛合金之后，事故被完全消除了。TA16钛合金是一种单相α钛合金，它的名义化学成分为Ti_2Al_2. 5Zr，与前苏联 的T-7M钛合金对应。该合金不仅具有优良的力学性能和焊接性能，而且耐腐蚀性能优于工 业纯铁，抗海水腐蚀性能良好，可用于生产管材、棒材、锻件和其它产品，由于该合金的优异 特性使它在原子能、舰船、航空、航天、化工等领域获得应用。目前此合金难以加工，只能在国内的实验室小批量生产，主要以丝材为主；而且丝 材的成品率低，加工工艺长，很难批量生产。例如需要加工成Φ Imm丝材和Φ 18mm棒材时， 需要在多次镦拔下完成，每次的镦拔后需要长时间高温热处理消除加工应力，造成成本增 高，而且多次热镦拔伴随微氧化，使最终产品中杂质元素0、H也不稳定，较难完全满足标准 要求，导致材料的力学性能变差。为了改善此合金的加工性能，本发明在TA16合金中添加 微量的稀土 RE元素，使合金中细化晶粒，净化晶界，改善了合金的加工性能，使合金在保持 耐腐蚀性的基础上，合金的易于加工，可以进行批量生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高温强度和易于加工的TA16钛合金。通过在TA16 合金中添加适量稀土元素，细化合金晶粒，净化合金晶界，改善了合金的热加工性能，保持 合金的高强度和耐腐蚀性。本发明采用的技术方案是一种微量稀土合金化处理的TA16钛合金，其特征是在TA16钛合金中添加稀土元 素，合金中稀土 RE含量为0. 005wt%^ RE ^ 0. Iwt %。本发明合金的制备工艺如下海绵钛与合金元素混合均勻后压制自耗电极，在真空自耗电弧熔炼，加工工艺方 面，采用锻造加工，在β相区开坯-α+β两相区镦拔、抜长和热旋锻。当没有添加稀土元 素时，合金需要在α+β两相区多次镦拔、多次抜长和多次热旋锻才能加工成最终形状丝 材料。当添加RE稀土元素后，合金在热加工过程中镦拔次数明显减小，合金的力学性能较 好。本发明方法的特点如下所述(1)本发明方法中，通过在合金添加具有较大负电性的稀土元素对ΤΑ16钛合金的合金化处理，提高了高温塑性，使合金容易加工。(2)添加适量RE元素对TA16合金的合金化处理，使稀土与钛合金中微量的杂质元 素C、H、0、N等作用形成难熔稀土氧化物，降低钛基体中间隙氧的含量，在不降低TA16合金 热稳定性的前提下提高热强性。(3)适量RE元素对TA16合金的合金化处理，稀土第二相的存在必将导致与再结晶 晶界发生交互作用.并细化晶粒，细晶粒对拓宽高温钛合金热加工工艺是非常有利，有利 于合金的批量生产和提高产品的成品率。(4)适量RE元素对TA16合金的合金化处理，晶粒尺寸随加热温度增加改变不大； 阻止晶粒长大的主要原因是稀土相颗粒对晶界移动的阻碍作用。利于提高室温强度及疲劳 强度。
具体实施例方式下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明。实施例1本发明实施例的工艺过程和步骤如下所述稀土 RE的添加量为0. 005wt%，首先使用电弧炉进行二次熔炼，熔炼的最大尺寸 为Φ 150mm的铸锭。在加工工艺方面，采用锻造加工，β相区开坯、镦拔一α+β两相区镦 拔、抜长和热旋锻，具体加工工艺及性能测试结果如下
, .9280°Cx80min
,,1030 Cxl40min.., . ^
Φ 150mm- 75x75mm - 55x55mm - Φ 45mm合金获得的室温拉伸性能抗压强度为550MPa，屈服强度为410MPa，延伸率为 23%，断面收缩率为51%。在350°C下，合金获得的拉伸性能抗压强度为313MPa，屈服强 度为221MPa，延伸率为25%。实施例2稀土 RE的添加量为0. 002wt%，首先使用电弧炉进行二次熔炼，熔炼的最大尺寸 为Φ 150mm的铸锭。在加工工艺方面，采用锻造加工，β相区开坯、镦拔一α+β两相区镦 拔、抜长和热旋锻，具体加工工艺及性能测试结果如下
OlSQmm 1020°Cxl40mi" 75x75mm -45x45mm1020°Cx60mi"
镦拔
镦拔
25x25mm 9150°Cxl40min Φ 20mm 725°Cx30min 18mm室温拉伸性能抗压强度为543MPa，屈服强度为412MPa，延伸率为20%，断面收缩 率为49%。在350°C拉伸性能抗压强度为298MPa，屈服强度为226MPa，延伸率为18%。可 以看出，因为稀土元素的添加，合金具有好的加工塑性和力学性能。
权利要求
一种微量稀土合金化处理的TA16钛合金，其特征是在TA16钛合金中添加稀土元素，合金中稀土RE含量为0.005wt％≤RE≤0.1wt％。
全文摘要
本发明涉及一种微量稀土合金化处理的TA16钛合金，在残酷环境下应用的钛合金，要求钛合金必须具有良好的力学性能和高温强度，本发明中稀土RE的含量为0.005wt％≤RE≤0.1wt％。本发明通过具有较大负电性的稀土元素对TA16合金的合金化处理，使稀土与钛合金中微量的杂质元素C、H、O、N等作用形成难熔稀土氧化物，降低钛基体中间隙氧的含量，提高了合金的热强性。稀土第二相的存在必将导致与再结晶晶界发生交互作用，并细化晶粒，细晶粒对拓宽高温钛合金热加工工艺是非常有利的，改善了TA16钛合金难于加工的特点，同时也利于提高室温强度及疲劳强度。
文档编号C22C14/00GK101880795SQ20101022778
公开日2010年11月10日 申请日期2010年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者侯雪玲, 向杰, 周邦新, 曾智, 汪学真, 胡星浩 申请人:上海大学