专利名称：一种韧性钛合金材料及制备方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，涉及一种韧性钛合金材料及其制备方法。
背景技术：
在金属材料领域中，韧性钛合金作为低成本韧性材料一直受到普遍重视。CN200810240713. X号申请涉及一种新型的高强高韧钛合金，其成分组成为(重量 百分数)2. 0 5. 5 %的Al，2. 0 8. 0 %的Mo，2. 0 6. 0 %的V，且Mo/V的值在1/3 4，含有Cr或Cr和Fe 0 含量不超过0. 9 % )，其成分范围在2.0 5.0%，且1^ = CMo/11+CV/14. 9+CCr/6. 5+CFe/5，其值为 0. 85 1. 4，不大于 0. 10% 的 Si，不大于 0. 10% 的0，不大于0. 01 %的H，其它成分按常规钛合金控制，余量为Ti ；所述合金中还可以含有中 性元素Zr、Hf、Sn中的一种或者两种，且成分范围均为0. 15 3. 5%。但该合金材料的韧 性还有待进一步改进，且其成分组成不易控制。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种韧性钛合金材料，该材料具有良 好的性能。本发明的另一目的是提供一种钛合金材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生 产成本低，适于工业化生产。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种韧性钛合金材料，该材料以钛合金为基体，在基体中分布着由不锈钢丝和铁丝形 成的金属丝团，不锈钢丝和铁丝的直径均为l_2mm，金属丝团的直径为10-15cm，材料中不 锈钢丝与铁丝的总体长度相当，不锈钢和铁丝两者共占材料的体积百分比为10-35% ；所述钛合金基体的化学成分的重量百分含量A1为1-1. 5%，Fe 0. 3% 0. 5%，Cu 3% 5%，Zr 0. 02% 0. 04%, Y 3%，Si 0. 2% 0. 5%，其余为 Ti ；所述不锈钢丝的化学成分的重量百分含量Cr为14-16%，Ni为6_8%，Mo为 1. 85-2. 25%, Al 为 0. 6-1. 1%, %C 为 0. 03-0. 07%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余为 Fe ；所述铁丝的化学成分的重量百分含量为C为0. 05-0. 09，Si为0. 2% 0. 3%, Mn为 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0.025%,其余为 Fe。所述基体中还分布有化合物TiB颗粒。一种韧性钛合金材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤不锈钢丝及渗硼铁丝的准备分别取直径为l_2mm、成分重量百分含量为Cr为14-16%， Ni 为 6-8%, Mo 为 1. 85-2. 25%, Al 为 0. 6-1. 1%, %C 为 0. 03-0. 07%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%, 其余为1 的不锈钢丝及取直径为l_2mm、成分为C为0. 05-0. 09，Si为0. 2% 0. 3%, Mn为 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025 其余为！^的铁丝，不锈钢丝与铁丝的总体长度相当，两 种金属丝占材料的体积百分比为10-35% ；按常规方法在铁丝表面进行渗硼处理得到渗硼 铁丝渗硼层的厚度为200-300微米；按清洁球生产的常规方法将上述不锈钢丝和渗硼铁丝各取一根丝形成球状的混合双 丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的 松紧程度由不锈钢丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置 完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注；钛合金基体的准备按重量百分含量Al为1-1.5%，Fe 0.3% 0.5%，Cu 3% 5%， Zr 0.02% 0.04%，Y l% 3%，Si 0. 2% 0. 5%，其余为Ti进行配料；将钛合金基体 在感应电炉中熔化得到钛合金液，熔化温度为1700-1720°C ；将上述钛合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型，钛合金液将不锈钢丝及渗硼铁丝包 围，然后冷却凝固，得到以钛合金为基的其中分布有金属丝团的韧性材料。本发明相比现有技术的有益效果如下(1)本发明的不锈钢丝及铁丝自身具有相当的强度和较高的韧性。在浇注中高温液态 钛将部分不锈钢丝及铁丝熔融，不锈钢丝及铁丝中的B、Ni、Cr、i^e进入液态钛中，与钛形成 TiB, Ti2Ni, TiCr2, TiFe2等特殊化合物，弥散增强钛合金；未熔的不锈钢丝及铁丝与钛合金 冶金结合，对钛合金起到增强增韧的作用。Cu和Si在钛中形成Ti3Si和Cu Ti2也对钛合 金起到增强增韧的作用。(2)材料中的^ 和Y与Ti不形成化合物，对钛合金的组织具有显著细化的作用， 有助于材料韧性的提高。(3)合金材料中采用铁代替了部分钛，材料成本低，制备工艺简便，生产成本低，生 产的合金材料性能好，而且非常便于工业化生产。(4)本发明材料中P、S为杂质，控制在允许的范围。本发明的合金性能见表1。
图1为本发明实施例一制得的金属丝增强含钇韧性钛合金材料的金相组织。图1可以看到在钛合金与金属丝结合良好。
具体实施例方式以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg 或其它重量单位。以下实施例中直径为l_2mm的不锈钢丝和铁丝均为市购基础，渗硼层自 制。实施例一钛合金基体的化学成分的重量百分含量A1为1%，Fe为0. 3%，Cu为3%，&为 0. 02%, Y % 1%, Si 为 0.2%，其余为 Ti。不锈钢丝的化学成分的重量百分含量Cr为14%，Ni为6 Mo为1. 85%, Al为 0. 6%, %C为0. 03%, P<0. 02%, S <0. 02%,其余为!^e ；该不锈钢丝的直径为1mm。铁丝的化学成分的重量百分含量为C为0. 05%, Si为0. 2%, Mn为0. 25%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为!^e ；该铁丝的直径为1mm。所取不锈钢丝和铁丝的总体长度相当，两种金属丝共占材料的体积百分比为10%。铁丝表面按常规方法渗硼得到渗硼铁丝渗硼层的厚度为200微米。
按清洁球生产的常规方法将上述不锈钢丝和渗硼铁丝各取一根丝形成球状的混 合双丝金属丝团(两种丝各取一根同时成型，形成双丝金属丝团，成型可按洗碗用的清洁球 或称钢丝球的方法)，金属丝团直径为15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝 团的松紧程度由不锈钢丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型； 布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注；将钛合金基体在感应电炉中熔化得到钛合金液，熔化温度为1710-1715 ； 将上述钛合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型，钛合金液将不锈钢丝及渗硼铁丝包 围，然后冷却凝固，得到以钛合金为基的其中分布有金属丝团的韧性材料。实施例二 钛合金基体成分按重量百分含量A1为1. 5%，Fe为0. 5%，Cu为5%，Zr为0. 04%， Y为3%，Si为0. 5%，其余为Ti进行配料。不锈钢丝的化学成分的重量百分含量Cr为16%，Ni为8%，Mo为2. 25%, Al为 1. 1%, C为0. 07%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余为Fe ；该不锈钢丝的直径为2mm。铁丝的化学成分的重量百分含量C为0.09%，Si为0.3%，Mn为0. :35 P<0. 02%, S <0. 025%,其余为！^ ；该铁丝的直径为2mm。材料中不锈钢丝和铁丝的总体长度相当，两种金属丝共占材料的体积百分比为 35%。铁丝表面按照常规方法渗硼得到渗硼铁丝渗硼层的厚度为300微米。按清洁球 生产的常规方法制作渗硼铁丝和不锈钢丝两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径 为 IOcm0制备过程同实施例一。实施例三钛合金基体成分按重量百分含量A1为1. 2%，Fe为0. 4%，Cu为4%，Zr为0. 03%， Y为2%，Si为0.4%，其余为Ti进行配料。不锈钢丝的化学成分的重量百分含量Cr为15%，Ni为7%，Mo为洲，Al为1%，C 为0. 04%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余为Fe ；该不锈钢丝的直径为1. 5mm。铁丝的化学成分的重量百分含量C为0. 07%, Si为0. 25%, Mn为0. 3%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为！^ ；该铁丝的直径为1. 5mm。材料中不锈钢丝和铁丝的总体长度相当，两种金属丝共占材料的体积百分比为 20%。铁丝按常规方法渗硼得到渗硼铁丝渗硼层厚度为250mm。按清洁球生产的常规 方法制作渗硼铁丝和不锈钢丝两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。制备过程同实施例一。对比实施例四原料配比不在本发明范围内的实例钛合金基体的化学成分的重量百分含量A1为0. 8%，Fe为0. 2%，Cu为2%，&为 0. 01%, Y % 0. 5%, Si 为 0.1%，其余为 Ti。不锈钢丝的化学成分的重量百分含量Cr为12%，Ni为5%，Mo为1. 5%, Al为 0. 5%, %C 为 0. 02%, P<0. 02%, S <0. 02%,其余为!^e ；不锈钢丝的直径为 0. 5mm。铁丝的成分为C 为 0. 04%, Si 为 0. 1%, Mn 为 0. 2%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余为Fe ；铁丝的直径为0. 5mm。材料中不锈钢丝和铁丝的总体长度相当，两种金属丝占材料的体积百分比为5%。铁丝不进行渗硼处理。按清洁球生产的常规方法制作铁丝和不锈钢丝两种金属丝 混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。制备过程同实施例一。对比实施例五原料配比不在本发明范围内的实例钛合金基体的化学成分的重量百分含量A1为2%，Fe为0. 6%，Cu为6%，&为 0. 05%, Y % 4%, Si 为 0.6%，其余为 Ti。不锈钢丝的化学成分的重量百分含量Cr为17%，Ni为9%，Mo为3%，Al为洲，C 为0. 1%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余为Fe ；不锈钢丝的直径为3mm。铁丝的化学成分的重量百分含量C为0. 1%，Si为0. 4%, Mn为0. 4%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为！^ ；铁丝的直径为3mm。材料中不锈钢丝和铁丝的总体长度相当，两种金属丝占材料的体积百分比为40%。铁丝按常规方法渗硼得到渗硼铁丝渗硼层厚度为400微米。按清洁球生产的常 规方法制作渗硼铁丝和不锈钢丝两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。制备过程同实施例一。表1各产品性能对比口言一漏或分(麗量百分含量)mmSIISg /up.伸 长 寧/l:;/IPa. * :
权利要求
1.一种韧性钛合金材料，该材料以钛合金为基体，在基体中分布着由不锈钢丝和铁丝 形成的金属丝团，不锈钢丝和铁丝的直径均为l-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，材料中 不锈钢丝与铁丝的总体长度相当，不锈钢和铁丝两者共占材料的体积百分比为10-35% ；所述钛合金基体的化学成分的重量百分含量A1为1-1. 5%，Fe 0. 3% 0. 5%，Cu 3% 5%，Zr 0. 02% 0. 04%, Y 3%，Si 0. 2% 0. 5%，其余为 Ti ；所述不锈钢丝的化学成分的重量百分含量Cr为14-16%，Ni为6_8%，Mo为 1. 85-2. 25%, Al 为 0. 6-1. 1%, %C 为 0. 03-0. 07%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%,其余为 Fe ；所述铁丝的化学成分的重量百分含量为C为0. 05-0. 09，Si为0. 2% 0. 3%, Mn为 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0.025%,其余为 Fe。
2.根据权利要求1所述的韧性钛合金材料，其特征在于所述基体中还分布有化合物 TiB颗粒。
3.一种韧性钛合金材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤不锈钢丝及渗硼铁丝的准备分别取直径为l_2mm、成分重量百分含量为Cr为14-16%， Ni 为 6-8%, Mo 为 1. 85-2. 25%, Al 为 0. 6-1. 1%, %C 为 0. 03-0. 07%, Ρ<0· 02%, S <0. 02%, 其余为1 的不锈钢丝及取直径为l_2mm、成分为C为0. 05-0. 09，Si为0. 2% 0. 3%, Mn为 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025 其余为！^的铁丝，不锈钢丝与铁丝的总体长度相当，两 种金属丝占材料的体积百分比为10-35% ；按常规方法在铁丝表面进行渗硼处理得到渗硼铁丝渗硼层的厚度为200-300微米； 按清洁球生产的常规方法将上述不锈钢丝和渗硼铁丝各取一根丝形成球状的混合双 丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的 松紧程度由不锈钢丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置 完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注；钛合金基体的准备按重量百分含量Al为1-1.5%，Fe 0.3% 0.5%，Cu 3% 5%， Zr 0.02% 0.04%，Y l% 3%，Si 0. 2% 0. 5%，其余为Ti进行配料；将钛合金基体 在感应电炉中熔化得到钛合金液，熔化温度为1700-1720°C ；将上述钛合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型，钛合金液将不锈钢丝及渗硼铁丝包 围，然后冷却凝固，得到以钛合金为基的其中分布有金属丝团的韧性材料。
全文摘要
本发明公开了一种韧性钛合金材料及其制备方法，该材料以钛合金为基体，在基体中分布着由不锈钢丝和铁丝形成的金属丝团，不锈钢丝和铁丝的直径均为1-2mm，材料中不锈钢丝与铁丝的总体长度相当，不锈钢和铁丝两者共占材料的体积百分比为10-35%。本发明制得的韧性钛合金材料具有较高的韧性，且生产成本低，工艺简单。
文档编号C22C47/04GK102051560SQ201110007450
公开日2011年5月11日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者张禄, 王玲, 赵浩峰 申请人:南京信息工程大学