一種超高溫鈦合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種超高溫鈦合金，由以下重量百分比的成分組成：Nb+V28％～43％，Cr+Mo+W10％～19％，Zr+Al1％～5％，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)；其中，20％≤Nb≤35％，5％≤V≤18％，5％≤Cr≤13％，Mo≤8％，W≤6％，Al≤3.5％；所述超高溫是指鈦合金的使用溫度為850℃～1050℃。本發(fā)明的超高溫鈦合金熱塑性高，具有良好的冷熱加工工藝性，冷加工性優(yōu)良，可進(jìn)行板材及管材冷軋，在850℃～1050℃溫度范圍內(nèi)抗拉強(qiáng)度達(dá)80MPa～260MPa，顯著高于常規(guī)的高溫鈦合金，有潛力作為高溫非高承力應(yīng)用的鈦合金。
【專利說(shuō)明】一種超高溫鈦合金

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超高溫鈦合金【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種超高溫鈦合金。

【背景技術(shù)】
[0002]目前商業(yè)應(yīng)用的高溫鈦合金一般是近α型鈦合金，其特點(diǎn)是在500°C?600°C溫度范圍內(nèi)具有高的熱強(qiáng)性并滿足長(zhǎng)期服役的要求，短時(shí)服役溫度可達(dá)到750°C。在800°C以上的溫度下，近α型鈦合金高溫鈦合金的強(qiáng)度急劇降低，在溫度超過(guò)1000°C時(shí)，強(qiáng)度甚至不到20MPa，難以滿足應(yīng)用的需求。Ti2AlNbJi3Al及TiAl金屬間化合物的長(zhǎng)期使用溫度在650°C?850°C之間，短時(shí)服役溫度可到達(dá)1000°C，但金屬間化合物加工性及焊接性很差，難以進(jìn)行冷軋及板材或管材的室溫成形。鈮合金同時(shí)滿足高溫強(qiáng)度及室溫工藝性的問(wèn)題，但鈮合金密度大、成本高，對(duì)于減重及成本控制不利。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超高溫鈦合金。該超高溫鈦合金熱塑性高，具有良好的冷熱加工工藝性，冷加工性優(yōu)良，可進(jìn)行板材及管材冷軋，使用溫度高達(dá)850°C?1050°C;本發(fā)明的超高溫鈦合金在850°C?1050°C溫度范圍內(nèi)抗拉強(qiáng)度達(dá)80MPa?260MPa，顯著高于常規(guī)的高溫鈦合金，有潛力作為高溫非高承力應(yīng)用的鈦合金。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種超高溫鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成:Nb+V 28%?43%，Cr+Mo+W10%?19%，Zr+All%?5%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)；其中，20%彡Nb彡35%，5%彡V彡18%，5%^ Cr ^ 13%,Mo ^ 8%,6%, Al ^ 3.5% ;所述超高溫是指鈦合金的使用溫度為850°C?1050 O。
[0005]上述的一種超高溫鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成:Nb20%，V18%, Cr5%,Mo8%, Zrl.5%, A13.5%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)。
[0006]上述的一種超高溫鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成:Nb25%，V15%, Cr5%,Mo6%,W2%, Zrl%，A13%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)。
[0007]上述的一種超高溫鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成:Nb30%，V10%, Cr8%,Mo5%,W3%, Zr2%，A12%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)。
[0008]上述的一種超高溫鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成:Nb20%，V8%, Crl3%，W6%，Zrl%，A12%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)。
[0009]上述的一種超高溫鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成:Nb35%，V5%, Crl2%，Mo5%，All%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)。
[0010]上述的一種超高溫鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成:Nb35%，V8%, CrlO%，Mo5%，W2%，Zr2%，All%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)。
[0011]上述的一種超高溫鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成:Nb30%，V13%, Cr5%,Mo5%, Zr2%，A12%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)。
[0012]本發(fā)明的超高溫鈦合金的制備方法為鈦合金的常規(guī)制備方法:根據(jù)需要選擇合適的中間合金與海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極，經(jīng)真空自耗電弧重熔法得到合金錠，合金錠在液壓鍛造機(jī)或鍛錘等自由鍛造設(shè)備上進(jìn)行開(kāi)坯鍛造，可根據(jù)需要進(jìn)行棒材鍛造、板材軋制、棒絲材軋制等熱加工工藝制成成品，成品經(jīng)退火后使用。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明的超高溫鈦合金熱塑性高，具有良好的冷熱加工工藝性，冷加工性優(yōu)良，可進(jìn)行板材及管材冷軋，使用溫度高達(dá)850°C?10500C;本發(fā)明的超高溫鈦合金在850°C?1050°C溫度范圍內(nèi)抗拉強(qiáng)度達(dá)80MPa?260MPa，顯著高于常規(guī)的高溫鈦合金，有潛力作為高溫非高承力應(yīng)用的鈦合金。
[0014]下面通過(guò)實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明的超高溫鈦合金，所涉及的中間合金包括金屬鈮(鈮燒結(jié)條或鈮棒)、鋁釩合金、電解鉻、鑰粉、鎢粉、鈦鎢合金、海綿鋯，所使用的海綿鈦為O級(jí)。其合金的重量百分比組成為Nb+v 28%?43%，Cr+Mo+W13%?19%，Zr+All%?5%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)；其中，20% 彡 Nb ^35%,5%^V^18%,5%^Cr^l3%,Mo^8%,ff^6%,Al < 3.5%。根據(jù)需要選擇合適的中間合金與海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極，經(jīng)常規(guī)真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉鑄成合金錠，合金錠在110(TC?1200°C溫度下開(kāi)坯鍛造，管坯擠壓及板材熱軋溫度控制在950°C?1050°C，冷軋或冷拉過(guò)程中間退火溫度控制在750°C?850°C，冷加工時(shí)退火前累計(jì)變形量不超過(guò)75%，合金成品經(jīng)850°C?950°C退火處理后使用。合金成品經(jīng)退火處理后的室溫拉伸性能為:σ b為850MPa?1020MPa，δ為14%?22%。
[0016]實(shí)施例1
[0017]本實(shí)施例鈦合金的名義成分為T(mén)1-20Nb-18V-5Cr-8Mo-l.5Zr_3.5A1，即按重量百分比計(jì)為:Nb20%, V18%, Cr5%, Mo8%, Zrl.5%, A13.5%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)。原料選用為:鈮燒結(jié)條、A1-85V合金、電解鉻、鑰粉、海綿鋯和O級(jí)海綿鈦。
[0018]本實(shí)施例的鈦合金的制備方法為:將中間合金(鈮燒結(jié)條、A1-85V合金、電解鉻、鑰粉和海綿鋯)與O級(jí)海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極后，用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉鑄成合金錠，合金錠在1200°C溫度下開(kāi)坯鍛造成厚度為80mm的板坯，在980°C熱軋成厚度為6mm板材,然后經(jīng)一次800°C中間退火冷軋成厚度為2mm薄板,合金薄板經(jīng)850°C /60min退火處理。
[0019]本實(shí)施退火處理后的合金薄板的室溫拉伸性能為:σ b為970MPa，ο 02為880MPa，δ為16% ;850°C拉伸性能為:σ b為230MPa, δ為80% ;1050°C拉伸性能為:σ b為83MPa,δ為150% ;合金薄板使用溫度高達(dá)850°C?1050°C。
[0020]實(shí)施例2
[0021]本實(shí)施例鈦合金的名義成分為T(mén)1-25Nb-15V-5Cr-6Mo-2W-lZr-3Al，即按重量百分比計(jì)為:Nb25%, V15%, Cr5%, Mo6%, W2%, Zrl%, A13%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)。原料選用為:鈮燒結(jié)條、A1-85V合金、電解鉻、鑰粉、T1-30W合金、海綿鋯和O級(jí)海綿鈦。
[0022]本實(shí)施例的鈦合金的制備方法為:將中間合金(鈮燒結(jié)條、A1-85V合金、電解鉻、鑰粉、T1-30W合金和海綿鋯)與O級(jí)海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極后用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉鑄成合金錠，合金錠在1180°C溫度下開(kāi)坯鍛造成直徑50mm鍛棒，在980°C熱軋成直徑8mm盤(pán)條,然后經(jīng)三道次拉制成直徑3.5mm合金絲材,合金絲材經(jīng)850 °C /60min退火處理。
[0023]本實(shí)施退火處理后的合金絲材的室溫拉伸性能為:σ b為920MPa，σ α2為850MPa，δ為16%;850°C拉伸性能為:為260MPa，δ為120%;1050°C拉伸性能為:σ b為95MPa，δ為170% ;合金絲材使用溫度高達(dá)850°C?1050°C。
[0024]實(shí)施例3
[0025]本實(shí)施例鈦合金的名義成分為T(mén)1-30Nb-10V-8Cr-5Mo-3W-2Zr-2Al，即按重量百分比計(jì)為:Nb30%, V10%, Cr8%, Mo5%, W3%, Zr2%, A12%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)。原料選用為:鈮棒、A1-85V合金、電解鉻、鑰粉、T1-30W合金、海綿鋯和O級(jí)海綿鈦。
[0026]本實(shí)施例的鈦合金的制備方法為:將中間合金(鈮棒、A1-85V合金、電解鉻、鑰粉、T1-30W合金和海綿鋯)與O級(jí)海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極后用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉鑄成合金錠，合金鑄錠在1150°C溫度下開(kāi)坯鍛造成直徑150mm棒坯，在1050°C擠壓成壁厚為6_的管還,然后經(jīng)兩次800°C中間退火冷軋成壁厚1.5mm的合金管材,合金管材經(jīng)850 0C /60min退火處理。
[0027]本實(shí)施退火處理后的合金管材的室溫拉伸性能為:σ b為990MPa，σ α2為910MPa，δ:14%;850°C 拉伸性能為:ob* 220MPa，δ 為 55% ;1050°C 拉伸性能為:σ b 為 80MPa，δ為75% ;合金管材使用溫度高達(dá)850°C?1050°C。
[0028]實(shí)施例4
[0029]本實(shí)施例鈦合金的名義成分為T(mén)1-20Nb-8V-13Cr-6W-lZr-2Al，即按重量百分比計(jì)為:Nb20%，V8%，Crl3%，W6%，Zrl%，A12%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)。原料選用為:鈮棒、A1-85V合金、電解鉻、鑰粉、T1-30ff合金、海綿鋯和O級(jí)海綿鈦。
[0030]本實(shí)施例的鈦合金的制備方法為:將中間合金(鈮棒、A1-85V合金、電解鉻、鑰粉、T1-30W合金和海綿鋯)與O級(jí)海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極后用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉鑄成合金錠，合金錠在1200°C溫度下開(kāi)坯鍛造成厚度為80mm的板坯，在1050°C熱軋成厚度為6mm板材,然后冷軋成厚度為3mm的合金薄板,合金薄板經(jīng)850°C /60min退火處理。
[0031]本實(shí)施退火處理后的合金薄板的室溫拉伸性能為:Ob為1020MPa，ο 0.2為890MPa, δ 為 15% ;850°C拉伸性能為:σ b 為 240MPa, δ 為 80% ;1050°C拉伸性能為:σ b為90MPa，δ為170% ;合金薄板使用溫度高達(dá)850°C?1050°C。
[0032]實(shí)施例5
[0033]本實(shí)施例鈦合金的名義成分為T(mén)1-35Nb-5V-12Cr-5Mo_lAl，即按重量百分比計(jì)為:Nb35%, V5%, Crl2%, Mo5%, All%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)。原料選用為:鈮棒、A1-85V合金、鑰粉、T1-30ff合金、海綿鋯和O級(jí)海綿鈦。
[0034]本實(shí)施例的鈦合金的制備方法為:將中間合金(鈮棒、A1-85V合金、鑰粉、T1-30ff合金和海綿鋯)與O級(jí)海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極后用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉鑄成合金錠，合金錠在1100°c溫度下開(kāi)坯鍛造成Φ 120mm圓棒，在1000°C熱擠壓成壁厚6mm管還，然后經(jīng)二次800°C中間退火冷軋成壁厚為3_的合金管材，合金管材經(jīng)900°C /90min退火處理。
[0035]本實(shí)施退火處理后的合金管材的室溫拉伸性能為:σ b為910MPa，σ α2為840MPa，δ為18% ;850°C拉伸性能為:σ b為245MPa, δ為60% ;1050°C拉伸性能為:σ b為95MPa,δ為160% ;合金管材使用溫度高達(dá)850°C?1050°C。
[0036]實(shí)施例6
[0037]本實(shí)施例鈦合金的名義成分為T(mén)1-35Nb-8V-10Cr-5Mo-2W-2Zr-lAl，即按重量百分比計(jì)為:Nb35%，V8%, Crl0%, Mo5%, W2%, Zr2%, All%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)。原料選用為:鈮棒、A1-85V合金、鑰粉、T1-30W合金、海綿鋯和O級(jí)海綿鈦。
[0038]本實(shí)施例的鈦合金的制備方法為:將中間合金(鈮棒、A1-85V合金、鑰粉、T1-30ff合金和海綿鋯)與O級(jí)海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極后用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉鑄成合金錠，合金錠在1150°C溫度下開(kāi)坯鍛造成厚度為80mm的板坯，在1050°C熱軋成厚度為6mm的合金薄板,合金薄板經(jīng)950°C /60min退火處理。
[0039]本實(shí)施退火處理后的合金薄板的室溫拉伸性能為:σ b為850MPa，ο 02為760MPa，δ為22% ;850°C拉伸性能為:σ b為250MPa, δ為70% ;1050°C拉伸性能為:σ b為88MPa,δ為190% ;合金薄板使用溫度高達(dá)850°C?1050°C。
[0040]實(shí)施例7
[0041]本實(shí)施例鈦合金的名義成分為T(mén)1-30Nb-13V-5Cr-5Mo-2Zr-2Al，即按重量百分比計(jì)為:Nb30%，V13%，Cr5%，Mo5%，Zr2%，A12%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)。原料選用為:鈮條、A1-85V合金、鑰粉、海綿鋯和O級(jí)海綿鈦。
[0042]本實(shí)施例的鈦合金的制備方法為:將中間合金(鈮條、A1-85V合金、鑰粉和海綿鋯)與O級(jí)海綿鈦按設(shè)計(jì)成分混合壓制電極后用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉鑄成合金錠，合金錠在1150°C溫度下開(kāi)坯鍛造成直徑為10mm的棒坯，在1050°C熱軋成直徑為12mm的合金棒材，合金棒材經(jīng)950°C /60min退火處理。
[0043]本實(shí)施退火處理后的合金棒材的室溫拉伸性能為:σ b為910MPa, δ為20 % ;850°C拉伸性能為:σ b為245MPa, δ為85%;1050°C拉伸性能為:σ b為90MPa, δ為200%；合金棒材使用溫度高達(dá)850°C?1050°C。
[0044]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超高溫鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成:他28%?43%, &+10+1 10%?19%，八1 1 %?5 %，余量為II和不可避免的雜質(zhì)；其中，20 %5% ；所述超高溫是指鈦合金的使用溫度為8501?10501。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高溫鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成:恥20%，V 18%，0 5%，10 8%，XV 1.5%，3.5%，余量為II和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高溫鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成:恥25%，V 15%，0 5%，10 6%7 I 2%？ XV 1%，^1 3%，余量為丁1和不可避免的雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高溫鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成:恥30%，V 10%，0 8%，10 5%？ I 3%, IX 2%，六1 2%，余量為丁1和不可避免的雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高溫鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成:恥20%，V 8%，0 13%？ I 6^,21- 1%^1 2%，余量為II和不可避免的雜質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高溫鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成:恥35%，V 5%，0 12%，10 5%^1 1 %，余量為II和不可避免的雜質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高溫鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成:恥35%，V 8%，0 10%，10 5%？ I 2%，IX 2%，六1 1%，余量為丁1和不可避免的雜質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高溫鈦合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分組成:恥30%，V 13%，0 5%，10 5%，21~ 2%^\ 2%，余量為II和不可避免的雜質(zhì)。
【文檔編號(hào)】C22C14/00GK104313393SQ201410627702
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】葛鵬, 李倩, 周偉, 吳歡, 洪權(quán), 辛社偉 申請(qǐng)人:西北有色金屬研究院