[0073] 对比例1-4的合金名义成分参见表3,其中对比例1-4的制备方法与实施例1-40 的制备方法中熔炼、均匀化处理、锻造、热轧、固溶处理的基本步骤相同。
[0074] 通过比较实施例1-40及对比例1-4的试验结果可知：0是钛合金获得高强度的有 效元素，当O含量低于〇. 3%时，合金强度较低，由此可知含量低于0. 3wt %的O元素对钛合 金的强化作用不明显，不利于改善钛合金的强度；当O含量超出〇. 5wt%时，其冷加工性劣 化明显，不易获得细晶组织，合金塑性变差；适量加入Nb对钛合金晶粒具有明显的细化作 用，但Nb含量少于33wt %时，其塑性呈下降趋势，当Nb含量超出40wt%时，其屈服强度劣 化。
[0075] 经大量分析研宄表明：本发明Ti-Nb-O钛合金的屈服强度〇 ^ 2与Nb、O的重量百 分数满足下式（1):
[0076] 〇 〇 2= -6127. 43+405. 14χ-1921. 25y-5. 62x 2+4713. 94y2-l. 57xy (I)
[0077] 式⑴中：x为Nb的重量百分数；y为O的重量百分数；
[0078] 〇。2单位：MPa。
[0079] 上述式（1)中，当X = 33~40, y = 0. 3~0. 4时所述钛合金能够获得屈服强度 〇α2不低于900MPa，且塑性指标延伸率δ 5不低于11%、断面收缩率φ不低于70%的最佳 匹配。
[0080] 本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基 于本发明的教导及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围 应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本发明权 利要求所涵盖。
[0081] 表 1
[0082]
【主权项】
1. 一种易细化晶粒的钛合金，其特征在于：所述钛合金相成分主要为e相，基本不含 有应力诱发马氏体a"相。2. 根据权利要求1所述的易细化晶粒的钛合金，其特征在于，所述钛合金中应力诱发 马氏体a 〃相不超过5Vol %，优选不超过2Vol %。3. 根据权利要求1或2所述的易细化晶粒的钛合金，其特征在于，所述钛合金的组份及 重量百分比为：Nb :33wt%~40wt% ;0 :0. 3wt%~0. 5wt%，更优选0. 3wt%点值除外；优 选O :0. 3wt%~0. 4wt%，更优选0. 3wt%点值除外；余量为Ti。4. 根据权利要求1-3任一所述的易细化晶粒的钛合金，其特征在于，所述钛合金的屈 服强度〇 a2与Nb、O的重量百分数满足下式： O0.2= - 6127. 43+405. 14x - 1921. 25y - 5. 62x 2+4713. 94y2- I. 57xy 式中：x为Nb的重量百分数，x = 33~40 ;y为0的重量百分数，y = 0. 3~0. 4 ; 〇。.2单位：MPa。5. 根据上述任一权利要求所述的易细化晶粒的钛合金，其特征在于，所述钛合金的抗 拉强度Gb不低于lOOOMPa、屈服强度G a2不低于900MPa、延伸率S 5不低于11%、断面收 缩率不低于70%;优选地，该钛合金层错能不高于200mJ/m2。6. -种易细化晶粒的钛合金，其特征在于，所述钛合金的组份及重量百分比为：Nb : 33wt%~40wt% ;0 :0? 3wt%~0? 5wt%，更优选0? 3wt%点值除外；以及选自以下元素组： 0 ~3wt% V、0 ~lwt% Mo、0 ~3wt% A1、0 ~3wt% SruO ~4wt% Zr 中的任一种或几种， 余量为Ti。7. 根据权利要求6所述的易细化晶粒的钛合金，其特征在于，0 :0. 3wt~0. 4wt%，优 选地0. 3wt %点值除外。8. 根据权利要求6或7所述的易细化晶粒的钛合金，其特征在于，所述钛合金相成分主 要为0相，基本不含有应力诱发马氏体a "相；优选地，所述钛合金中应力诱发马氏体a " 相不超过5Vol %，优选不超过2Vol %。9. 根据上述任一权利要求所述的易细化晶粒的钛合金，其特征在于，优选含有以下 元素组：V 0.5wt%~3wt%、Al 0~2wt%其中不含2wt%端点值、Sn lwt%~3wt%、Zr lwt%~4wt%中的一种或几种。10. 根据上述任一权利要求所述的易细化晶粒的钛合金，其特征在于，所述钛合金的 [Al]当量为2. 5~6, [Mo]当量为9. 17~12; [Al] 计算公式为： [Al]当量=% Al+% Sn/3+% Zr/6+% OX 10; [Mo] s量计算公式为： [Mo]当量=% Mo+% Nb/3. 6+% V/1. 5; 式中％表示各元素的重量百分比。11. 根据权利要求10所述的易细化晶粒的钛合金，其特征在于，[Al] 34为3~5. 5， [Mo]当量为 9. 17 ~11. 5。12. 根据上述任一权利要求所述的易细化晶粒的钛合金，其特征在于，所述易细化晶粒 的钛合金的平均晶粒尺寸为IOOnm~300nm〇13. 根据上述任一权利要求所述的易细化晶粒的钛合金，其特征在于，所述易细化晶粒 的钦合金的平均晶粒尺寸为IOnm~80nm，优选IOnm~60nm，更优选IOnm~50nm、IOnm~ 40nm、IOnm ~30nm〇14. 根据上述任一权利要求所述的易细化晶粒的钛合金，其特征在于，所述钛合金晶粒 内具有取向孪晶组织，孪晶片间距为5nm~30nm〇15. 根据上述任一权利要求所述的易细化晶粒的钛合金，其特征在于，所述钛合金具有 大尺寸，其宽度为300mm~1500mm，长度Im以上。16. 根据上述任一权利要求所述的易细化晶粒的钛合金，其特征在于，所述钛合金的抗 拉强度Gb不低于lOOOMPa、屈服强度G a2不低于900MPa、延伸率S 5不低于11%、断面收 缩率不低于70% ;优选地，该钛合金层错能不高于200mJ/m2。17. -种根据权利要求1-16任一所述易细化晶粒的钛合金的制备方法，其特征在于包 括步骤： (1) 将合金原料按照比例配比，压制成合金电极， (2) 将合金电极进行熔炼， (3) 熔炼完成后，均匀化处理，得到化学成分均匀的铸锭， (4) 将均匀化处理后的铸锭热加工，获得均匀等轴细晶，优选地，获得I y m~5 y m的均 匀等轴细晶， (5) 对等轴细晶进行固溶处理，获得亚稳定状态的合金料， (6) 对亚稳定状态的合金料进行冷加工形成坯料，优选为冷轧、冷锻或冷拔， (7) 将冷加工后的坯料进行时效处理，组织仍保持易细化晶粒。18. 根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于，熔炼完成后，在900°C~1100°C均 匀化处理20h~30h。19. 根据权利要求17或18所述的制备方法，其特征在于：所述热加工为铸锭在 800°C~1050°C优选900°C~950°C开坯、随后800°C~950°C锻造，获得I y m~5 y m的均 匀等轴细晶；所述固溶处理为在800°C~900°C保温30min~120min后淬火。20. 根据权利要求17-19任一所述的制备方法，其特征在于：所述冷加工的变形率为 40 %~50 %，获得平均晶粒尺寸为IOOnm~300nm的超细晶。21. 根据权利要求17-19任一所述的制备方法，其特征在于：所述冷加工的变形率大于 50%，获得平均晶粒尺寸IOnm~80nm的纳米晶。22. 根据权利要求17-21任一所述的制备方法，其特征在于：所述时效处理是指在 450°C~650°C热处理IOmin~90min，冷却方式为空冷，热处理后组织仍保持易细化晶粒。23. 根据权利要求1-16任一所述的易细化晶粒的钛合金，其特征在于：所述易细化晶 粒的钛合金为超细晶钛合金或纳米晶钛合金。
【专利摘要】本发明公开了一种钛合金及其制备方法，所述合金的化学成分及重量百分数为：Nb：33wt％～40wt％；O：0.3wt％～0.5wt％，余量为Ti；或者，所述合金的组份及重量百分比为：Nb：33wt％～40wt％；O：0.3wt％～0.5wt％，以及以下元素组：0～3wt％V、0～1wt％Mo、0～3wt％Al、0～3wt％Sn、0～4wt％Zr中的任一种或几种，余量为Ti。本发明合金经成分优化设计，可通过熔炼、热加工、冷加工后获得低层错能、大尺寸超细晶/纳米晶钛合金，该钛合金具有优异的强度与塑性的匹配，且制备方法突破了现有技术制备钛合金纳米材料的局限性，降低了工艺控制难度及制造成本，提高了生产效率，具有广阔的应用前景。
【IPC分类】C22F1/18, C22C14/00
【公开号】CN104946928
【申请号】CN201510320665
【发明人】王玉会, 张旺峰, 颜孟奇, 李野
【申请人】中国航空工业集团公司北京航空材料研究院
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年6月11日