一種鈦合金及熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】一種鈦合金及熱處理工藝，鈦合金【技術(shù)領(lǐng)域】。合金中各組分質(zhì)量含量：Fe含量為3～7%，Al含量為3～5%，C含量為0.01～0.02%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。熱處理包括固溶處理和時(shí)效處理，固溶處理的溫度為820℃～950℃，時(shí)間為40-60分鐘，水冷；時(shí)效處理的溫度為450℃～550℃，時(shí)間為4-6小時(shí)，空冷。本發(fā)明合金中不含有昂貴的鉬、釩等合金元素，降低了合金成本，經(jīng)過固溶時(shí)效熱處理工藝，進(jìn)一步提高其綜合性能。
【專利說明】一種鈦合金及熱處理工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鈦合金【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種低成本高強(qiáng)度鈦合金及熱處理工藝，具體以鐵、鋁為主合金化元素的低成本高強(qiáng)度鈦合金及熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦及鈦合金的優(yōu)異綜合性能，在航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，然而與鋁合金、鋼鐵材料相比，高的成本限制了鈦合金的更廣泛應(yīng)用，尤其是民用領(lǐng)域，為推廣鈦合金的應(yīng)用，有必要開展低成本鈦合金及其制備技術(shù)研究。在造成鈦合金相對(duì)較高的成本因素當(dāng)中，真空熔煉及加工占總成本的60%，原材料占40%，使用廉價(jià)的合金元素進(jìn)行鈦合金成分設(shè)計(jì)可以有效的降低鈦合金的成本。
[0003]在廉價(jià)的合金元素中，鐵元素是最常見、應(yīng)用最為廣泛元素之一，并且鐵元素在鈦合金中是一種很好的β相穩(wěn)定兀素。在鈦合金中加入一定量的鐵，能夠降低相變點(diǎn)，穩(wěn)定β相，提高材料的冷熱加工能力，在很多鈦合金中得到了應(yīng)用。比如航空用ΤΒ6合金中加入2% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鐵，能夠提高熱成形能力，非常適合等溫鍛造和超塑成型工藝。
[0004]可用工業(yè)純鐵、碳鋼、鑄鐵作為中間合金實(shí)現(xiàn)鈦合金中鐵元素以及微量碳元素的添加，并加入一定量鋁元素進(jìn)一步提高鈦合金的強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)證明一定量的鐵元素在鈦合金中具有非常好的強(qiáng)化作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種以鐵、鋁為主合金化元素的低成本高強(qiáng)度鈦合金及合金熱處理工藝，即合金獲得最佳綜合性能的熱處理溫度及時(shí)間。
[0006]本發(fā)明的一種鈦合金，其特征在于，合金中各合金組分及其重量百分比為:Fe含量為3~7%，Al含量為3~5%，C含量為0.01~0.02%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
[0007]本發(fā)明所提供的熱處理工藝，其特征在于，熱處理包括固溶處理和時(shí)效處理，固溶處理(WQ)的溫度為820°C~950°C，時(shí)間為40-60分鐘(優(yōu)選40分鐘)，水冷；時(shí)效處理(AC)的溫度為450 V~550 V，時(shí)間為4-6小時(shí)(優(yōu)選4小時(shí))，空冷。
[0008]本發(fā)明的一種鈦合金按照常規(guī)的熔煉工藝制備。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:與常用的鈦合金相比，合金中不含有昂貴的鑰、釩等合金元素，降低了合金的原材料成本，并推薦該低成本高強(qiáng)度合金固溶時(shí)效熱處理工藝，進(jìn)一步提高其綜合性能，可作為今后該成分熱處理設(shè)計(jì)的有效依據(jù)，使合金具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，在工程領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1實(shí)施例lT1-5Fe-3Al-0.02C合金棒材經(jīng)過560°C /lh/AC熱處理后室溫拉伸曲線.[0011]圖2 實(shí)施例 l1-5Fe-3Al-0.02C 合金棒材經(jīng)過 840°C /40min/WQ+475°C /4h/AC 熱處理后室溫拉伸曲線；
[0012]圖3實(shí)施例2T1-3Fe-5Al_0.01(:合金棒材經(jīng)過6001: /lh/AC熱處理后室溫拉伸曲線.[0013]圖4 實(shí)施例 2T1-3Fe-5Al-0.01C 合金棒材經(jīng)過 940°C /40min/WQ+500°C /4h/AC 熱處理后室溫拉伸曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面作進(jìn)一步詳細(xì)說明，低成本高強(qiáng)度鈦合金特征在于:該合金重量百分比組成為=Fe含量為3~7%，Al含量為3~5%，C含量為0.01~0.02%,余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
[0015]低成本T1-Fe-Al-C鈦合金的制備:將O級(jí)海綿鈦、99.3%的工業(yè)純鐵、99.5%的工業(yè)純Al、工業(yè)45碳鋼中間合金混合，并滿足成分要求，在壓力機(jī)上壓制成塊。壓塊在5KG真空懸浮感應(yīng)爐上熔煉，熔煉溫度為170(TC~1850°C，獲得鈦合金鑄錠，將鈦合金去皮、去頭尾，經(jīng)開坯鍛造、最終鍛造成棒材、板材。開坯加熱溫度在950°C~1050°C之間，最終精鍛溫度在800°C~900°C之間。 [0016]實(shí)施例1
[0017]按名義成分T1-5Fe-3Al_0.02C(重量百分比，%)配制合金原料，原材料使用O級(jí)海綿鈦、99.3%的工業(yè)純鐵、99.5%的工業(yè)純Al、工業(yè)45鋼中間合金。混料后在200噸液壓機(jī)上壓制成塊，用5KG真空懸浮感應(yīng)爐熔煉兩次獲得合金鑄錠，鑄錠經(jīng)扒皮處理后，涂抹玻璃防護(hù)潤滑劑，防止合金高溫氧化。在980°C開坯鍛造，隨后在850°C下進(jìn)行多火次墩拔以細(xì)化組織，最后鍛成Φ25ι?πι的棒材。棒材經(jīng)過560 °C /lh/AC熱處理后,室溫拉伸性能:抗拉強(qiáng)度Qb=I 104.06MPa,屈服強(qiáng)度σ 0 2=952，延伸率δ =13%。(如附圖1說明)
[0018]棒材經(jīng)840 V /40min/WQ+475 V /4h/AC 和 860 V /40min/WQ+500 V /4h/AC 固溶時(shí)效處理后，獲得的力學(xué)性能典型值為:抗拉強(qiáng)度> 1250MPa，屈服強(qiáng)度> 970MPa，延伸率≥5%。(如附圖2說明)
[0019]實(shí)施例2
[0020]按名義成分T1-3Fe-5Al_0.01C(重量百分比，％)配制合金原料，原材料使用O級(jí)海綿鈦、99.3%的工業(yè)純鐵、99.5%的工業(yè)純Al。混料后200噸液壓機(jī)上壓制成塊，用5KG真空懸浮感應(yīng)爐熔煉兩次獲得合金鑄錠。鑄錠經(jīng)扒皮處理后，涂抹玻璃防護(hù)潤滑劑，防止合金高溫氧化。在980°C開坯鍛造，隨后在850°C下進(jìn)行多火次墩拔以細(xì)化組織，最后鍛成Φ25πιπι的棒材。棒材經(jīng)過600°C/lh/AC熱處理后，室溫拉伸性能:抗拉強(qiáng)度ob=1119MPa，屈服強(qiáng)度σα2=954，延伸率δ=16%。(如附圖3說明)
[0021 ]棒材經(jīng) 940 V /40min/WQ+500 V /4h/AC 和 900 V /40min/WQ+500 V /4h/AC 固溶時(shí)效處理后，獲得的力學(xué)性能典型值為:抗拉強(qiáng)度> 1070MPa，屈服強(qiáng)度> 930MPa，延伸率≥6%。(如附圖4說明)
[0022]實(shí)施例3~實(shí)施例6的合金名義成分參見表1。
[0023]Fe:2~7% ；A1:3~5% ；C:0.01~0.02% ;余量為Ti及不可避免雜質(zhì)。
[0024]表1[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種鈦合金，其特征在于，合金中各合金組分及其重量百分比為:Fe含量為3~7%，Al含量為3~5%，C含量為0.01~0.02%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
2.權(quán)利要求1所述的鈦合金的熱處理工藝，其特征在于，熱處理包括固溶處理和時(shí)效處理，固溶處理的溫度為820°C~950°C，時(shí)間為40-60分鐘，水冷；時(shí)效處理的溫度為450°C~ 550°C，時(shí)間為4-6小時(shí)，空冷。
3.權(quán)利要求2所述的 熱處理工藝，其特征在于，固溶時(shí)間為40分鐘，時(shí)效時(shí)間為4小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C22C14/00GK103667788SQ201210343128
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月14日
【發(fā)明者】李伯龍, 劉桐, 曹文全, 李紅梅, 袁杰, 聶祚仁 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)