專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種高強(qiáng)度、高淬透鈦合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是一種高強(qiáng)度、高淬透鈦合金，特別適用于制造厚截面大型鍛件，也可制造鑄件以及其他零件，屬材料科學(xué)
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐高溫、抗腐蝕性能好等突出優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、船舶等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著航宇工業(yè)的發(fā)展，對(duì)結(jié)構(gòu)鈦合金的綜合性能提出了更高的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求拉伸性能(L向)ab》1150MPa，cr0.2》1080MPa，55》8%，甲》20%，可以使結(jié)構(gòu)獲得更高的減重效益；淬透性能在空氣介質(zhì)中的淬透截面達(dá)到250mm，可以制造厚截面大型鍛件；斷裂韌度(T一L向)為滿(mǎn)足長(zhǎng)壽命的要求，KIO60MPaVm。目前國(guó)際上應(yīng)用的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鈦合金主要有兩個(gè)一個(gè)是近P型合金Ti-10V-2Fe-3A1，其性能指標(biāo)是crb》1195MPa，54》4%，KIC》44MPaV^，斷裂韌度和淬透性不夠。另一個(gè)是a-P型合金B(yǎng)T22，Ti-5A1-5Mo-5V-lCr-1Fe，其性能指標(biāo)是crb》1080MPa，55》8%，v》200/0，KIC》59MPaV^，強(qiáng)度不夠。這兩個(gè)合金的性能均不能滿(mǎn)足上述設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有鈦合金材料所存在的問(wèn)題而設(shè)計(jì)提供一種符合上述設(shè)計(jì)要求的新合金。它具有高強(qiáng)度、高韌性、高淬透性能。為了實(shí)現(xiàn)這一要求，本發(fā)明技術(shù)方案所提出的鈦合金的成分設(shè)計(jì)要點(diǎn)是(1)為了達(dá)到淬透性的要求，合金類(lèi)型選擇過(guò)渡型a-P型鈦合金，名義鋁當(dāng)量為5.5,鉬當(dāng)量為ll左右；(2)a穩(wěn)定元素Al設(shè)計(jì)為5.5%，有利于提高合金的強(qiáng)度并降低合金的密度；(3)(3穩(wěn)定元素及其含量的設(shè)計(jì)是本發(fā)明的關(guān)鍵。同晶型(3穩(wěn)定元素Mo、V、Nb與共析型p穩(wěn)定元素Fe、Cr相比，前者對(duì)提高合金的塑性、韌性更有利，后者對(duì)提高合金的強(qiáng)度效果更好。本發(fā)明技術(shù)方案采用多元同晶型P穩(wěn)定元素為主，適當(dāng)加入共析型P穩(wěn)定元素的設(shè)計(jì)原則，共設(shè)計(jì)出4種方案的合金系以進(jìn)行對(duì)比研究。該4種方案分別為T(mén)i-Al-Mo-V-Nb-Fe系；Ti-Al-Mo-V-Fe系；Ti-Al-Mo_V-Nb-Cr-Fe系；Ti-A1-Mo-V-Cr-Fe系。對(duì)所設(shè)計(jì)的4個(gè)合金熔煉出々230mm、120kg重鑄錠，并鍛成24kg重模鍛件。經(jīng)復(fù)雜雙重退火后進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，包括拉伸、沖擊、斷裂韌度、疲勞裂紋擴(kuò)展速率和應(yīng)力控制低周疲勞性能等。經(jīng)過(guò)對(duì)4個(gè)合金性能的對(duì)比，Ti-Al-Mo-V-Nb-Fe系的綜合性能最好，并均符合設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，并最終確定合金的優(yōu)化成分為T(mén)i-5.5A1-4Mo-6V-2Nb-lFe。該合金通過(guò)Mo、V、Nb的多元強(qiáng)化，提高了合金的強(qiáng)度，并獲得較高的塑性和韌性，再加入共析型強(qiáng)J3穩(wěn)定元素Fe，進(jìn)-一歩提高了合金的e穩(wěn)定系數(shù)，使合金能獲得更高的強(qiáng)度和淬透性。通過(guò)以上的研究和實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明技術(shù)方案所確定的合金的名義成分為T(mén)i-5.5A1-4Mo-6V-2Nb-lFe，其化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為Al5.06.2;Mo3.54.5;V5.56.5;Nb1.52.5;Fe0.51.5;C《0.05;0《0.13;N《0.05;H《0.015;Ti—余量。具體實(shí)施例方式在優(yōu)化成分Ti-5.5A1-4Mo-6V-2Nb-1Fe的基礎(chǔ)上，為了驗(yàn)證該成分的性能重復(fù)性，必須進(jìn)一步研究較大鑄錠的力學(xué)性能，以確定該成分具有的性能穩(wěn)定性。為了研究本發(fā)明合金的特性，熔煉出4)280mm、220kg重鑄錠，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。表l合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))％<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>鑄錠經(jīng)過(guò)]3、a+P、e、a+P區(qū)一系列鍛造，最終在a+P區(qū)鍛成荒形，并進(jìn)一歩鍛成兩種不同的模鍛件。模鍛件進(jìn)行以下復(fù)雜雙重退火熱處理一級(jí)退火82(TC加熱，保溫2h，爐冷至750。C，保溫2h，空冷;二級(jí)退火(I)59(TC加熱，保溫4h，空冷；(II)55CTC加熱，保溫6h，空冷。兩種模鍛件的力學(xué)性能分別見(jiàn)表2和表3。表2模鍛件A性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>試驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明合金可以保證獲得更加可靠的、穩(wěn)定的高強(qiáng)度特性，并能保持優(yōu)良的塑性和斷裂韌度。二級(jí)退火為590'C的兩種不同模鍛件的力學(xué)性能均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。通過(guò)試驗(yàn)和比較，本發(fā)明合金與BT22合金淬透性相當(dāng)，在空氣介質(zhì)中的淬透截面達(dá)到250mm，也符合設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。生產(chǎn)可行性。本發(fā)明技術(shù)方案所述合金可以用于制造包括棒材、厚板、鍛件、焊接件、鑄件以及其他零件，但特別適用于厚截面大型鍛件和模鍛件，要求保證高強(qiáng)度水平的截面尺寸超過(guò)100200mm的。權(quán)利要求1.一種高強(qiáng)度、高淬透鈦合金，屬于過(guò)渡型α-β型鈦合金，合金的名義鋁當(dāng)量為5.5，鉬當(dāng)量為11，其特征在于其化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為Al5.0～6.2；Mo3.5～4.5；V5.5～6.5；Nb1.5～2.5；Fe0.5～1.5；C≤0.05；0≤0.13；N≤0.05；H≤0.015；Ti—余量。2.上述權(quán)利要求l所述的高強(qiáng)度、高淬透鈦合金，其特征在于用該合金制造的鍛件、鑄件。全文摘要本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度、高淬透鈦合金，系Ti-5.5Al-4Mo-6V-2Nb-1Fe合金。該合金屬于過(guò)渡型α-β型鈦合金，名義鋁當(dāng)量為5.5，鉬當(dāng)量為11左右。其特征在于其化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為Al5.0～6.2；Mo3.5～4.5；V5.5～6.5；Nb1.5～2.5；Fe0.5～1.5；C≤0.05；O≤0.13；N≤0.05；H≤0.015；Ti一余量。該合金具有高強(qiáng)度、高淬透、高韌性、高可焊的優(yōu)良綜合性能。合金鍛件經(jīng)復(fù)雜雙重退火后，抗拉強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)1150MPa，斷裂韌度指標(biāo)達(dá)60MPam。合金在空氣介質(zhì)中的淬透截面達(dá)250mm，可以制造棒材、厚板、大型鍛件、焊接件和鑄件等半成品。文檔編號(hào)C22C14/00GK101503771SQ20091013144公開(kāi)日2009年8月12日申請(qǐng)日期2009年3月31日優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日發(fā)明者峰朱,李興無(wú),智楊,樓瑞祥,沙愛(ài)學(xué),王慶如,波計(jì),駱興正申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)公司北京航空材料研究院;寶山鋼鐵股份有限公司;中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)公司第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院