一種耐高速沖擊低成本鈦合金的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于高強度合金材料制備技術領域，特別涉及一種耐高速沖擊低成本鈦合 金
【背景技術】
[0002] 鈦及鈦合金具有，密度小，彈性模量約是鋼的一半，熱膨脹系數低，無磁性，熱導率 低，耐腐蝕、對環境無污染等一系列的優點，使得鈦合金不但大量應用于航空、航天、艦船、 兵器以及化學工業等領域，而且作為汽車用材很早就引起人們的重視。汽車用鈦合金可減 輕車重，降低燃料消耗，提高工作效率，改善環境和降低噪音等。然而鈦合金的制造成本相 對于鋼鐵、鋁等大量使用的金屬材料高出許多，較高的制備成本在一定程度上阻礙了其在 對成本非常敏感的民用領域的應用，汽車領域就是最典型的例子。鈦合金在應用過程中會 遇到高速沖擊和碰撞發生，需要鈦合金具有優良的動態承載能力，在遭受沖擊時依然能夠 保持其所制成構件結構的完整性和尺寸的穩定性。
[0003] Fe作為鈦合金的beta穩定元素，其價格低廉，美國Timet公司在研制Timetal LCB 合金時，采用Mo和Fe作為Beta穩定元素來降低合金化成本。Mo和Fe加入到Beta鈦合金 中，可以加快其時效響應速度，達到時效強度峰值所需時間也較短。Cr與α、β相均溶解， 并且存在共析反應。Cr主要起固溶強化作用，可提高合金的塑性、韌性和淬透性；Cr元素還 能夠細化合金的鑄態顯微組織，與Mo相比，Cr元素的細化效果比較明顯，強化效果也好于 Mo元素，而在鈦合金中加入B元素可以有效的細化鑄態組織并阻礙后續加工過程中已細化 晶粒的長大，從而減少變形火次，降低加工成本的目的。
[0004] 在專利申請號為CN 200810150893. 2的《一種低成本高強度鈦合金》中，雖然也 還有Cr和Fe，但是其Cr和Fe分別采用電解鉻和工業鐵或Fe-V合金的形式加入；在專利 申請號為CN200810117904. 7的《一種低成本α + β型鈦合金》中，其Cr和Fe分別以鋁鉻 中間合金和鋁鐵中間合金的形式加入。且日本人在所設計的Ti - 4. 3Fe - 7. ICr(TFC)和 Ti - 4. 3Fe - 7. ICr - 3. OAl (TFCA)中的Cr的含量大于7%、Fe的含量大于4%，有研究發現 Fe含量過高容易形成"鐵斑"，對合金的性能有不良影響。
[0005] 國際通用的鈦合金抗沖擊性能采用霍普金森壓桿進行測試后所采集的應力應變 曲線進行表征，一般情況其動態性能可最大均勻塑形應變大于〇. 25,其沖擊吸收功大于 300MJ/m3被認為具有良好的耐沖擊性能。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種耐高速沖擊低成本鈦合金，其特征在于，所述低成本鈦 合金采用Cr-Fe中間合金、鋁豆、單質硼和海綿鈦，按重量百分比為：Al :0~3%，Cr :2~ 6%，Fe :1~3%，B :0~0. 1%，余量為鈦；分層布料壓制成電極，用常規真空自耗熔煉爐二 次熔煉得到合金鑄錠，其中Cr/Fe比在1. 6~2. 1之間；其中鈦合金中含有初生α相的重 量百分比為5%~15%和TiB的重量百分比含量為0%~3%;使鈦合金具有優異的耐沖擊 性，最大均勻塑形應變大于0. 25,沖擊吸收功達300MJ/m3。
[0007] 所述合金成分中包含有不可避免的雜質。
[0008] 所述合金鑄錠在1000~IlOOcC開坯鍛造成棒坯，棒坯在相變點以下20~100°C 范圍內加熱，然后采用乳制或鍛造成形方法制成Φ 12mm棒材，Φ 12mm棒材經過熱處理后就 能得到相應的力學性能，其動態性能最大均勻塑形應變大于0. 25,其沖擊吸收功達300MJ/ m3〇
[0009] 本發明的有益效果是在鈦合金中嚴格控制Cr、Fe的含量及加入B元素，有效的 細化鑄態組織并阻礙后續加工過程中已細化晶粒的長大，從而減少變形火次，降低合金的 加工成本，約為常用鈦合金Ti-6A1-4V的四分之三，其動態性能可最大均勻塑形應變大于 0. 25,其沖擊吸收功可達300MJ/m3,滿足高速沖擊載荷下的使用。
【具體實施方式】
[0010] 本發明提供一種耐高速沖擊低成本鈦合金，下面通過【具體實施方式】對本發明作進 一步說明。
[0011] 實施例1
[0012] 將市售的海綿鈦、鋁豆、鉻鐵中間合金按表1中的主成分配比壓制電極并焊接 成真空自耗電極，然后進行二次真空自耗熔煉得到合金鑄錠，用金相法測得相變點為 900±5°C。合金鑄錠在相變點以上開坯鍛造，而經過兩相區乳制后制成Φ 12mm的棒材。對 棒材取樣進行885°C/0. 5h/FC熱處理，獲得含有初生α相的比例在5W%。對其進行霍普 金森壓桿實驗測得其最大均勻塑形應變為〇. 25,沖擊吸收功可達315MJ/m3
[0013] 表1實施例1中合金的配比成分
[0015] 實施例2
[0016] 將市售的海綿鈦、鋁豆、鉻鐵中間合金按表2中的主成分配比壓制電極并焊接成 真空自耗電極，然后進行二次真空自耗熔煉得到鑄錠，用金相法測得相變點為930±5°C。 鑄錠在相變點以上開坯鍛造，經過兩相區乳制后制成Φ 12mm的棒材。對棒材取樣進行 880°C/0. 5h/FC熱處理，獲得初生含有初生α相的比例在12%。對其進行霍普金森壓桿實 驗測得其最大均勻塑形應變為〇. 30,沖擊吸收功可達350MJ/m3，
[0017] 表2實施例2中合金的配比成分
[0019] 實施例3
[0020] 將市售的海綿鈦、鋁豆、鉻鐵中間合金按表3中的主成分配比壓制電極并焊接成 真空自耗電極，然后進行二次真空自耗熔煉得到鑄錠，用金相法測得相變點為890 ±5°C。鑄 錠在相變點以上開坯鍛造，而經過乳制后制成Φ 12mm的棒材。對棒材取樣860°C /0. 5h/AC 進行熱處理，含有初生α相的比例在15% TiB在3%之間，具有優異的耐沖擊性，最大均勻 塑形應變為0. 25,沖擊吸收功可達300MJ/m3，
[0021] 表3實施例3中合金的配比成分
[0023] 實施例4
[0024] 將市售的海綿鈦、鋁豆、鉻鐵中間合金按表4中的主成分配比壓制電極并焊接成 真空自耗電極，然后進行二次真空自耗熔煉得到鑄錠，用金相法測得相變點為910 ±5°C。鑄 錠在相變點以上開坯鍛造，而經過乳制后制成Φ 12mm的棒材。對棒材取樣890°C /0. 5h/AC 進行熱處理，含有初生α相的比例在10% TiB在I. 5%之間，具有優異的耐沖擊性，最大均 勻塑形應變為0. 25,沖擊吸收功可達320MJ/m3，
[0025] 表4實施例4中合金的配比成分
【主權項】
1. 一種耐高速沖擊低成本鈦合金，其特征在于，一種低成本鈦合金，采用Cr-Fe中間合 金、鋁豆、單質硼和海綿鈦，按重量百分比為：A1:0~3%，Cr:2~6%，Fe:1~3%，B: 0~0. 1 %，余量為鈦分層布料壓制電極，用常規真空自耗熔煉爐二次熔煉得到合金鑄錠， 其中Cr/Fe比在1. 6~2. 1之間；其中鈦合金中含有初生α相的重量百分比為5%~15% 和TiB的重量百分比含量為0%~3% ;使鈦合金具有優異的耐沖擊性，最大均勻塑形應變 大于0. 25,沖擊吸收功達300MJ/m3。2. 根據權利要求1所述一種耐高速沖擊低成本鈦合金，其特征在于，所述合金成分中 包含有不可避免的雜質。3. 根據權利要求1所述一種耐高速沖擊低成本鈦合金，其特征在于，所述合金鑄錠在 1000~1KKTC開坯鍛造成棒還，棒坯在相變點以下20~100°C范圍內加熱，然后采用乳制 或鍛造成形方法制成Φ12mm棒材，Φ12mm棒材經過熱處理后就能得到相應的力學性能，其 動態性能最大均勻塑形應變大于〇. 25,其沖擊吸收功達300MJ/m3。
【專利摘要】本發明公開了屬于高強度合金材料制備技術領域的一種耐高速沖擊低成本鈦合金。采用Cr-Fe中間合金、鋁豆、單質硼和海綿鈦,按重量百分比為：Al：0～3％，Cr：2～6％，Fe：1～3％，B：0～0.1％，余量為鈦，分層布料壓制電極，用常規真空自耗熔煉爐二次熔煉得到合金鑄錠。本發明在鈦合金中嚴格控制Cr、Fe的含量及加入B元素，有效的細化鑄態組織，使合金的原材料成本低于現有鈦合金的原材料成本，約為常用鈦合金Ti-6Al-4V的四分之三，其動態性能可最大均勻塑形應變大于0.25，其沖擊吸收功可達300MJ/m3，滿足高速沖擊載荷下的使用。
【IPC分類】C22C14/00, C22C1/03, C22F1/18
【公開號】CN105400993
【申請號】CN201510971850
【發明人】于洋, 劉睿, 宋曉云, 惠松驍, 葉文君
【申請人】北京有色金屬研究總院
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月22日