一种细晶高强韧β钛合金及其制作方法
【专利摘要】本发明涉及钛合金领域，具体是一种细晶高强韧β钛合金及其制作方法。一种细晶高强韧β钛合金，该钛合金中各元素按照质量百分比为3.0％~7.0％的Al，4％~9％的Mo，7％~9％的V，2％~5％的Cr，0.5％~1％的Sn，1％~3％的Zr，余量为Ti和不可避免的杂质元素，该钛合金的晶粒小于3微米。本发明还公开了该钛合金的制作方法，本发明的细晶高强韧β钛合金是一种晶粒细密的夹杂脉络纹条的强度高、塑性大、韧性强的综合性能强的合金。
【专利说明】
-种细晶高强初e铁合金及其制作方法
技术领域
[0001] 本发明设及铁合金领域，具体是一种细晶高强初的太合金及其制作方法。
【背景技术】
[0002] 随着新一代先进武器朝着高速化、大型化、结构复杂化等方向的跨越式发展，要求 铁合金结构材料具有高比强度、高比刚度、高初性、高损伤容限W及可焊接等优良的综合性 能匹配。此外，航空航天、兵器、船舶等武器装备各承力构件、承力螺栓等紧固件均对高强铁 合金及超高强度铁合金提出了明确需求。因此，超高强度铁合金(Rm>1250MPa)成为了新一 代武器装备发展的关键支撑材料之一，是铁合金开发和应用研究的重要方向之一，在世界 先进国家的研究和发展极为活跃。其中代表国际先进水平并在飞机上获得实际应用的主要 有1'1-1〇-2-3、8了22、1'1-15-3、0-215、￥5了55531等。运些合金主要被用来制备飞机的起落 架、管道、弹黃、发动机支架、货舱口、机舱、尾翼W及发动机喷嘴等。就国内而言，虽然高强 铁合金的研究与应用方面也比较早，并发展了许多牌号的高强β铁合金，但是国内的高强 0铁合金多为对国外合金的仿制。当前高强铁合金研究与开发面临的主要问题是其强度-塑 性-初性的匹配性较低，即在高强度水平下的塑性与初性很低而致使其不能在此强度水平 下使用，运严重限制了高强铁合金的发展与应用。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是:如何提供一种强度-塑性-初性的匹配性高的铁合 金〇
[0004] 本发明所采用的技术方案是:一种细晶高强初β铁合金，该铁合金中各元素按照质 量百分比为3.0%~7.0%的Α1，4%~9%的Μο,7%~9%的V，2%~5%的Cr，0.5%~1%的 Sn，l%~3%的Zr，余量为Ti和不可避免的杂质元素，该铁合金的晶粒小于3微米。本发明 的细晶高强初的太合金是一种晶粒细密的夹杂脉络纹条的强度高、塑性大、初性强的综合性 能强的合金。
[0005] -种制作细晶高强初的太合金的方法，按照如下的步骤进行： 步骤一:称取原料，称取海绵铁、高纯侣、纯锡锭、纯错、侣铭合金、侣钢合金和侣饥合金 作为原料，使总质量中，各元素按照质量百分比为3.0%~7.0%的Al，4%~9%的Mo,7%~ 9%的 V，2%~5%的 Cr，0.5%~1%的 Sn，l%~3%的Zr; 步骤二、烙炼铸锭，把步骤一中称取的原料加入到真空感应磁悬浮烙炼炉中烙炼，然后 随炉冷却，得到铸锭； 步骤Ξ、等溫锻造，把步骤二中得到的铸锭首先在α+β/β相变点W上l〇(TC~150°C进行 一轮等溫模锻，然后在α + 0/e相变点W上或者W下30°C~10(TC进行第二轮等溫模锻;通过 第一轮等溫模锻使晶相组织变得细密，在第二轮等溫模锻过程中，在α + β/β相变点W上30 °C~100°C进行第二轮等溫模锻，使合金组织的强度显著增高，在α + β/β相变点W下30°C~ l〇(TC进行第二轮等溫模锻，使合金组织的初性显著增强。
[0006] 步骤四、固溶时效处理，把经过步骤Ξ等溫锻造的铸锭，首先在α + β/β相变点W下 20°c~10(rc进行0.5~化固溶处理，然后在α+β/β相变点W下10(TC~40(rC进行4~lOh时效处 理，即得到细晶高强初0铁合金。通过固溶时效处理，增加了合金的塑性和强度，步骤S中在 α+β/β相变点W上30°C~100°C进行第二轮等溫模锻的合金的塑性得到了大范围提高，步骤 Ξ中在α + β/β相变点W下30°C~100°C进行第二轮等溫模锻的合金的强度得到了大范围增 强。
[0007] 作为一种优选方式:步骤Ξ中的等溫模锻是指对铸锭进行建立立体坐标系，首先 沿着X轴锻造，使沿X轴缩量为原来的一半，然后沿着Y轴锻造，使沿Y轴缩量为原来的一半， 最后沿着Z轴锻造，使沿Z轴缩量为原来的一半。
[0008] 作为一种优选方式：步骤四中的固溶时效处理放置在满流电场中进行处理。通过 满流电场作用的固溶时效处理形成脉络纹条，不仅显著提高了合金的塑性和初性，而且提 高了强度。
[0009] 本合金在α + β/β相变点W上时为β相存在，在α + β/β相变点W下时为α + β相，在α +0/0相变点W上快速水冷可W使形成的0相保留下来。
[0010] 本发明的有益效果是:本发明提供的细晶高强初β铁合金的强度-塑性-初性匹配 性能高。
【具体实施方式】
[0011] 本实施例中的细晶高强初β铁合金是高强初铁合金Ti-4Al-lSn-2Zr-5M〇-8V- 2.5化，晶粒小于3微米。
[0012] 其制备方法如下： 步骤一、称取原料，分别称取海绵铁、纯侣、纯铭、纯锡、纯错、侣钢合金(Mo含量7为 73.01 % )和侣饥合金(V含量为83.06% )共计ISOOOg作为原料，使满足总质量中，按照质量 百分比为4%的Al、5%的Mo、8%的V、2.5%的Cr、l%的Sn、2%的Zr、余量为Ti和不 可避免的杂质； 步骤二、 烙炼铸锭:将经步骤一称取的海绵铁、纯侣、纯铭、纯锡、纯错、侣钢合金和侣饥合金加 入到真空感应磁悬浮烙炼炉中烙炼，然后随炉冷却，得到铸锭;经确定α + β/β相变点为790 步骤Ξ、 等溫锻造:1.从铸锭上切取方形巧料;2.先在96(TC进行一轮等溫开巧模锻，具体为:首 先沿X轴方向对铁合金进行锻造，试样高度减少约为50%(此称为第一锻造工步，记为 1P);旋转试样沿其长轴方向进行第二次锻造，试样高度同样减少约为50%(此为第二锻造 工步，记为2P);继续旋转试样并沿其长轴方向锻造(此为第Ξ锻造工步，记为3P)，上述3 个工步的锻造称为一轮多向锻造。3.在85(TC进行第二轮等溫模锻。
[OOU] 步骤四、 固溶时效处理机性能： 仅仅在不同溫度下进行固溶，不进行时效处理对应的性能如下表(固溶Ih):
固溶时效处理时如果放置在满流电场中进行处理，通过满流电场作用的固溶时效处理 形成脉络纹条，不仅显著提高了合金的塑性和初性，而且提高了强度。
[0014] 本合金在α + β/β相变点W上时为財目存在，在α + β/β相变点W下时为α + β相，在α +0/0相变点W上快速水冷可W使形成的0相保留下来。
【主权项】
1. 一种细晶高强韧钛合金，其特征在于:该钛合金中各元素按照质量百分比为3.0%~ 7.0%的 Al，4%~9%的 Μο,7%~9%的 V，2%~5%的 Cr，0.5%~1%的 Sn，l%~3%的Zr， 余量为Ti和不可避免的杂质元素，该钛合金的晶粒小于3微米。2. -种制作权利要求1所述的细晶高强韧β钛合金的方法，其特征在于按照如下的步骤 进行： 步骤一:称取原料，称取海绵钛、高纯铝、纯锡锭、纯锆、铝铬合金、铝钼合金和铝钒合金 作为原料，使总质量中，各元素按照质量百分比为3.0%~7.0%的Al，4%~9%的Μο,7%~ 9%的 V，2%~5%的 Cr，0.5%~1%的 Sn，l%~3%的Zr; 步骤二、熔炼铸锭，把步骤一中称取的原料加入到真空感应磁悬浮熔炼炉中熔炼，然后 随炉冷却，得到铸锭； 步骤三、等温锻造，把步骤二中得到的铸锭首先在α+β/β相变点以上100 °0150 °C进行 一轮等温模锻，然后在α+β/β相变点以上或者以下30°0100°C进行第二轮等温模锻； 步骤四、固溶时效处理，把经过步骤三等温锻造的铸锭，首先在α + β/β相变点以下20°C ~100°C进行0.5~2h固溶处理，然后在α+β/β相变点以下1〇〇°〇400 °C进行4~10h时效处理， 即得到细晶高强韧龄太合金。3. 根据权利要求2所述的一种制作权利要求1所述的细晶高强韧β钛合金的方法，其特 征在于:步骤三中的等温模锻是指对铸锭进行建立立体坐标系，首先沿着X轴锻造，使沿X轴 缩量为原来的一半，然后沿着Υ轴锻造，使沿Υ轴缩量为原来的一半，最后沿着Ζ轴锻造，使沿 Ζ轴缩量为原来的一半。4. 根据权利要求2所述的一种制作权利要求1所述的细晶高强韧β钛合金的方法，其特 征在于:步骤四中的固溶时效处理放置在涡流电场中进行处理。
【文档编号】C22C14/00GK106011537SQ201610395716
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】张长江, 张树志, 吕智丹, 张佳欣, 王怡, 陈瑞梅
【申请人】太原理工大学