一種細晶高強韌β鈦合金及其制作方法
【專利摘要】本發明涉及鈦合金領域，具體是一種細晶高強韌β鈦合金及其制作方法。一種細晶高強韌β鈦合金，該鈦合金中各元素按照質量百分比為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，余量為Ti和不可避免的雜質元素，該鈦合金的晶粒小于3微米。本發明還公開了該鈦合金的制作方法，本發明的細晶高強韌β鈦合金是一種晶粒細密的夾雜脈絡紋條的強度高、塑性大、韌性強的綜合性能強的合金。
【專利說明】
-種細晶高強初e鐵合金及其制作方法
技術領域
[0001] 本發明設及鐵合金領域，具體是一種細晶高強初的太合金及其制作方法。
【背景技術】
[0002] 隨著新一代先進武器朝著高速化、大型化、結構復雜化等方向的跨越式發展，要求 鐵合金結構材料具有高比強度、高比剛度、高初性、高損傷容限W及可焊接等優良的綜合性 能匹配。此外，航空航天、兵器、船舶等武器裝備各承力構件、承力螺栓等緊固件均對高強鐵 合金及超高強度鐵合金提出了明確需求。因此，超高強度鐵合金(Rm>1250MPa)成為了新一 代武器裝備發展的關鍵支撐材料之一，是鐵合金開發和應用研究的重要方向之一，在世界 先進國家的研究和發展極為活躍。其中代表國際先進水平并在飛機上獲得實際應用的主要 有1'1-1〇-2-3、8了22、1'1-15-3、0-215、￥5了55531等。運些合金主要被用來制備飛機的起落 架、管道、彈黃、發動機支架、貨艙口、機艙、尾翼W及發動機噴嘴等。就國內而言，雖然高強 鐵合金的研究與應用方面也比較早，并發展了許多牌號的高強β鐵合金，但是國內的高強 0鐵合金多為對國外合金的仿制。當前高強鐵合金研究與開發面臨的主要問題是其強度-塑 性-初性的匹配性較低，即在高強度水平下的塑性與初性很低而致使其不能在此強度水平 下使用，運嚴重限制了高強鐵合金的發展與應用。
【發明內容】
[0003] 本發明所要解決的技術問題是:如何提供一種強度-塑性-初性的匹配性高的鐵合 金〇
[0004] 本發明所采用的技術方案是:一種細晶高強初β鐵合金，該鐵合金中各元素按照質 量百分比為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，余量為Ti和不可避免的雜質元素，該鐵合金的晶粒小于3微米。本發明 的細晶高強初的太合金是一種晶粒細密的夾雜脈絡紋條的強度高、塑性大、初性強的綜合性 能強的合金。
[0005] -種制作細晶高強初的太合金的方法，按照如下的步驟進行： 步驟一:稱取原料，稱取海綿鐵、高純侶、純錫錠、純錯、侶銘合金、侶鋼合金和侶饑合金 作為原料，使總質量中，各元素按照質量百分比為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; 步驟二、烙煉鑄錠，把步驟一中稱取的原料加入到真空感應磁懸浮烙煉爐中烙煉，然后 隨爐冷卻，得到鑄錠； 步驟Ξ、等溫鍛造，把步驟二中得到的鑄錠首先在α+β/β相變點W上l〇(TC~150°C進行 一輪等溫模鍛，然后在α + 0/e相變點W上或者W下30°C~10(TC進行第二輪等溫模鍛;通過 第一輪等溫模鍛使晶相組織變得細密，在第二輪等溫模鍛過程中，在α + β/β相變點W上30 °C~100°C進行第二輪等溫模鍛，使合金組織的強度顯著增高，在α + β/β相變點W下30°C~ l〇(TC進行第二輪等溫模鍛，使合金組織的初性顯著增強。
[0006] 步驟四、固溶時效處理，把經過步驟Ξ等溫鍛造的鑄錠，首先在α + β/β相變點W下 20°c~10(rc進行0.5~化固溶處理，然后在α+β/β相變點W下10(TC~40(rC進行4~lOh時效處 理，即得到細晶高強初0鐵合金。通過固溶時效處理，增加了合金的塑性和強度，步驟S中在 α+β/β相變點W上30°C~100°C進行第二輪等溫模鍛的合金的塑性得到了大范圍提高，步驟 Ξ中在α + β/β相變點W下30°C~100°C進行第二輪等溫模鍛的合金的強度得到了大范圍增 強。
[0007] 作為一種優選方式:步驟Ξ中的等溫模鍛是指對鑄錠進行建立立體坐標系，首先 沿著X軸鍛造，使沿X軸縮量為原來的一半，然后沿著Y軸鍛造，使沿Y軸縮量為原來的一半， 最后沿著Z軸鍛造，使沿Z軸縮量為原來的一半。
[0008] 作為一種優選方式：步驟四中的固溶時效處理放置在滿流電場中進行處理。通過 滿流電場作用的固溶時效處理形成脈絡紋條，不僅顯著提高了合金的塑性和初性，而且提 高了強度。
[0009] 本合金在α + β/β相變點W上時為β相存在，在α + β/β相變點W下時為α + β相，在α +0/0相變點W上快速水冷可W使形成的0相保留下來。
[0010] 本發明的有益效果是:本發明提供的細晶高強初β鐵合金的強度-塑性-初性匹配 性能高。
【具體實施方式】
[0011] 本實施例中的細晶高強初β鐵合金是高強初鐵合金Ti-4Al-lSn-2Zr-5M〇-8V- 2.5化，晶粒小于3微米。
[0012] 其制備方法如下： 步驟一、稱取原料，分別稱取海綿鐵、純侶、純銘、純錫、純錯、侶鋼合金(Mo含量7為 73.01 % )和侶饑合金(V含量為83.06% )共計ISOOOg作為原料，使滿足總質量中，按照質量 百分比為4%的Al、5%的Mo、8%的V、2.5%的Cr、l%的Sn、2%的Zr、余量為Ti和不 可避免的雜質； 步驟二、 烙煉鑄錠:將經步驟一稱取的海綿鐵、純侶、純銘、純錫、純錯、侶鋼合金和侶饑合金加 入到真空感應磁懸浮烙煉爐中烙煉，然后隨爐冷卻，得到鑄錠;經確定α + β/β相變點為790 步驟Ξ、 等溫鍛造:1.從鑄錠上切取方形巧料;2.先在96(TC進行一輪等溫開巧模鍛，具體為:首 先沿X軸方向對鐵合金進行鍛造，試樣高度減少約為50%(此稱為第一鍛造工步，記為 1P);旋轉試樣沿其長軸方向進行第二次鍛造，試樣高度同樣減少約為50%(此為第二鍛造 工步，記為2P);繼續旋轉試樣并沿其長軸方向鍛造(此為第Ξ鍛造工步，記為3P)，上述3 個工步的鍛造稱為一輪多向鍛造。3.在85(TC進行第二輪等溫模鍛。
[OOU] 步驟四、 固溶時效處理機性能： 僅僅在不同溫度下進行固溶，不進行時效處理對應的性能如下表(固溶Ih):
固溶時效處理時如果放置在滿流電場中進行處理，通過滿流電場作用的固溶時效處理 形成脈絡紋條，不僅顯著提高了合金的塑性和初性，而且提高了強度。
[0014] 本合金在α + β/β相變點W上時為財目存在，在α + β/β相變點W下時為α + β相，在α +0/0相變點W上快速水冷可W使形成的0相保留下來。
【主權項】
1. 一種細晶高強韌鈦合金，其特征在于:該鈦合金中各元素按照質量百分比為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， 余量為Ti和不可避免的雜質元素，該鈦合金的晶粒小于3微米。2. -種制作權利要求1所述的細晶高強韌β鈦合金的方法，其特征在于按照如下的步驟 進行： 步驟一:稱取原料，稱取海綿鈦、高純鋁、純錫錠、純鋯、鋁鉻合金、鋁鉬合金和鋁釩合金 作為原料，使總質量中，各元素按照質量百分比為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; 步驟二、熔煉鑄錠，把步驟一中稱取的原料加入到真空感應磁懸浮熔煉爐中熔煉，然后 隨爐冷卻，得到鑄錠； 步驟三、等溫鍛造，把步驟二中得到的鑄錠首先在α+β/β相變點以上100 °0150 °C進行 一輪等溫模鍛，然后在α+β/β相變點以上或者以下30°0100°C進行第二輪等溫模鍛； 步驟四、固溶時效處理，把經過步驟三等溫鍛造的鑄錠，首先在α + β/β相變點以下20°C ~100°C進行0.5~2h固溶處理，然后在α+β/β相變點以下1〇〇°〇400 °C進行4~10h時效處理， 即得到細晶高強韌齡太合金。3. 根據權利要求2所述的一種制作權利要求1所述的細晶高強韌β鈦合金的方法，其特 征在于:步驟三中的等溫模鍛是指對鑄錠進行建立立體坐標系，首先沿著X軸鍛造，使沿X軸 縮量為原來的一半，然后沿著Υ軸鍛造，使沿Υ軸縮量為原來的一半，最后沿著Ζ軸鍛造，使沿 Ζ軸縮量為原來的一半。4. 根據權利要求2所述的一種制作權利要求1所述的細晶高強韌β鈦合金的方法，其特 征在于:步驟四中的固溶時效處理放置在渦流電場中進行處理。
【文檔編號】C22C14/00GK106011537SQ201610395716
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月7日
【發明人】張長江, 張樹志, 呂智丹, 張佳欣, 王怡, 陳瑞梅
【申請人】太原理工大學