專利名稱：微量稀土合金化處理的ta16鈦合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種微量稀土合金化處理的TA16鈦合金，在殘酷環境下應用的鈦合 金，要求鈦合金必須具有良好的力學性能和高溫強度，屬于鈦合金材料的技術領域。
背景技術：
早先俄羅斯使用不銹鋼制造艦船動力裝置的蒸汽發生器、熱交換器、取水冷卻系 統，給原子能動力裝置造成了很大麻煩。由于系統密封性的破壞，曾造成嚴重的事故。為了 排除事故，普羅米修斯中央結構材料研究院提出采用鈦合金T-7M鈦合金對其不銹鋼進行 替代。這一方案非常正確，自從采用鈦合金之后，事故被完全消除了。TA16鈦合金是一種單相α鈦合金，它的名義化學成分為Ti_2Al_2. 5Zr，與前蘇聯 的T-7M鈦合金對應。該合金不僅具有優良的力學性能和焊接性能，而且耐腐蝕性能優于工 業純鐵，抗海水腐蝕性能良好，可用于生產管材、棒材、鍛件和其它產品，由于該合金的優異 特性使它在原子能、艦船、航空、航天、化工等領域獲得應用。目前此合金難以加工，只能在國內的實驗室小批量生產，主要以絲材為主；而且絲 材的成品率低，加工工藝長，很難批量生產。例如需要加工成Φ Imm絲材和Φ 18mm棒材時， 需要在多次鐓拔下完成，每次的鐓拔后需要長時間高溫熱處理消除加工應力，造成成本增 高，而且多次熱鐓拔伴隨微氧化，使最終產品中雜質元素0、H也不穩定，較難完全滿足標準 要求，導致材料的力學性能變差。為了改善此合金的加工性能，本發明在TA16合金中添加 微量的稀土 RE元素，使合金中細化晶粒，凈化晶界，改善了合金的加工性能，使合金在保持 耐腐蝕性的基礎上，合金的易于加工，可以進行批量生產。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有高溫強度和易于加工的TA16鈦合金。通過在TA16 合金中添加適量稀土元素，細化合金晶粒，凈化合金晶界，改善了合金的熱加工性能，保持 合金的高強度和耐腐蝕性。本發明采用的技術方案是一種微量稀土合金化處理的TA16鈦合金，其特征是在TA16鈦合金中添加稀土元 素，合金中稀土 RE含量為0. 005wt%^ RE ^ 0. Iwt %。本發明合金的制備工藝如下海綿鈦與合金元素混合均勻后壓制自耗電極，在真空自耗電弧熔煉，加工工藝方 面，采用鍛造加工，在β相區開坯-α+β兩相區鐓拔、抜長和熱旋鍛。當沒有添加稀土元 素時，合金需要在α+β兩相區多次鐓拔、多次抜長和多次熱旋鍛才能加工成最終形狀絲 材料。當添加RE稀土元素后，合金在熱加工過程中鐓拔次數明顯減小，合金的力學性能較 好。本發明方法的特點如下所述(1)本發明方法中，通過在合金添加具有較大負電性的稀土元素對ΤΑ16鈦合金的合金化處理，提高了高溫塑性，使合金容易加工。(2)添加適量RE元素對TA16合金的合金化處理，使稀土與鈦合金中微量的雜質元 素C、H、0、N等作用形成難熔稀土氧化物，降低鈦基體中間隙氧的含量，在不降低TA16合金 熱穩定性的前提下提高熱強性。(3)適量RE元素對TA16合金的合金化處理，稀土第二相的存在必將導致與再結晶 晶界發生交互作用.并細化晶粒，細晶粒對拓寬高溫鈦合金熱加工工藝是非常有利，有利 于合金的批量生產和提高產品的成品率。(4)適量RE元素對TA16合金的合金化處理，晶粒尺寸隨加熱溫度增加改變不大； 阻止晶粒長大的主要原因是稀土相顆粒對晶界移動的阻礙作用。利于提高室溫強度及疲勞 強度。
具體實施例方式下面結合具體實施例，對本發明作進一步說明。實施例1本發明實施例的工藝過程和步驟如下所述稀土 RE的添加量為0. 005wt%，首先使用電弧爐進行二次熔煉，熔煉的最大尺寸 為Φ 150mm的鑄錠。在加工工藝方面，采用鍛造加工，β相區開坯、鐓拔一α+β兩相區鐓 拔、抜長和熱旋鍛，具體加工工藝及性能測試結果如下
, .9280°Cx80min
,,1030 Cxl40min.., . ^
Φ 150mm- 75x75mm - 55x55mm - Φ 45mm合金獲得的室溫拉伸性能抗壓強度為550MPa，屈服強度為410MPa，延伸率為 23%，斷面收縮率為51%。在350°C下，合金獲得的拉伸性能抗壓強度為313MPa，屈服強 度為221MPa，延伸率為25%。實施例2稀土 RE的添加量為0. 002wt%，首先使用電弧爐進行二次熔煉，熔煉的最大尺寸 為Φ 150mm的鑄錠。在加工工藝方面，采用鍛造加工，β相區開坯、鐓拔一α+β兩相區鐓 拔、抜長和熱旋鍛，具體加工工藝及性能測試結果如下
OlSQmm 1020°Cxl40mi" 75x75mm -45x45mm1020°Cx60mi"
鐓拔
鐓拔
25x25mm 9150°Cxl40min Φ 20mm 725°Cx30min 18mm室溫拉伸性能抗壓強度為543MPa，屈服強度為412MPa，延伸率為20%，斷面收縮 率為49%。在350°C拉伸性能抗壓強度為298MPa，屈服強度為226MPa，延伸率為18%。可 以看出，因為稀土元素的添加，合金具有好的加工塑性和力學性能。
權利要求
一種微量稀土合金化處理的TA16鈦合金，其特征是在TA16鈦合金中添加稀土元素，合金中稀土RE含量為0.005wt％≤RE≤0.1wt％。
全文摘要
本發明涉及一種微量稀土合金化處理的TA16鈦合金，在殘酷環境下應用的鈦合金，要求鈦合金必須具有良好的力學性能和高溫強度，本發明中稀土RE的含量為0.005wt％≤RE≤0.1wt％。本發明通過具有較大負電性的稀土元素對TA16合金的合金化處理，使稀土與鈦合金中微量的雜質元素C、H、O、N等作用形成難熔稀土氧化物，降低鈦基體中間隙氧的含量，提高了合金的熱強性。稀土第二相的存在必將導致與再結晶晶界發生交互作用，并細化晶粒，細晶粒對拓寬高溫鈦合金熱加工工藝是非常有利的，改善了TA16鈦合金難于加工的特點，同時也利于提高室溫強度及疲勞強度。
文檔編號C22C14/00GK101880795SQ20101022778
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月15日 優先權日2010年7月15日
發明者侯雪玲, 向杰, 周邦新, 曾智, 汪學真, 胡星浩 申請人:上海大學