一種Ti-6Al-4V改進型鈦合金及其加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Ti-6A1-4V改進型鈦合金及其加工方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦合金作為一種輕金屬合金材料，具有比強度高、高比模量、高韌性、耐腐蝕等一 系列優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于飛機機體結(jié)構(gòu)件及其航空發(fā)動機的生產(chǎn)制造，且隨著航空航天器設(shè) 計技術(shù)的發(fā)展，對高性能鈦合金的需求量也越來越大，航空航天飛行器中鈦合金的用量已 經(jīng)成為衡量其先進程度的重要標志之一。
[0003] Ti-6A1-4V鈦合金最初由美國在1954年首先研制成功，目前已經(jīng)發(fā)展成為一種國 際性的鈦合金，是目前人們對其研宄最為全面、最為深入的鈦合金。在航空、航天、民用等工 業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，目前占鈦合金產(chǎn)量的一半以上。該合金具有良好的工藝塑性和超塑 性，合金a+0/0轉(zhuǎn)變溫度980°C?10KTC，長期工作溫度可達400°C。
[0004] 1973年開始，我國為配合渦扇-8航空發(fā)動機Ti-6A1-4V鈦合金葉片的研制工作， 開始了該合金的仿制與工程應(yīng)用研宄，我國仿制后命名牌號TC4。目前我國已經(jīng)采用該合金 制造飛機結(jié)構(gòu)中的梁、框、起落架、緊固件，以及航空發(fā)動機風(fēng)扇、壓氣機盤、機匣、葉片等， 航天飛行器壓力容器、結(jié)構(gòu)件等，同時也大量用于其它各工業(yè)行業(yè)中，如醫(yī)用鈦合金、化工 用鈦合金等。
[0005] 新一代航空發(fā)動機的服役壽命較上一代航空發(fā)動機的有較大幅度的提升，同時 其推重比進一步增加（推重比由過去的5?8,提升到10以上），對其部件的強度以及高 周疲勞壽命提出了更高的要求，特別是作為主要轉(zhuǎn)動件的壓氣機部件性能要求進一步提 高。航空發(fā)動機壓氣機（含風(fēng)扇部分）部件主要使用鈦合金材料制造，其低壓壓氣機（含 風(fēng)扇）部件等一般使用Ti-6A1-4V鈦合金制造，目前普通的Ti-6A1-4V鈦合金由于強度和 高周疲勞性能較低，滿足不了新一代推重比10以上的航空發(fā)動機設(shè)計制造及服役需求，普 通Ti-6A1-4V鈦合金化學(xué)成分、室溫力學(xué)性能、高溫力學(xué)性能以及高周疲勞性能指標見表 1-1、1-2、1-3、1-4,目前普通Ti-6A1-4V合金中的氧含量正常不高于0. 15%，F(xiàn)e含量正常不 高于0. 05 %，都作為雜質(zhì)元素控制。
[0006] 表1-1國家標準GB/T3620. 1-2007中規(guī)定普通Ti-6A1-4V鈦合金化學(xué)成分范圍
[0007]
【主權(quán)項】
1. 一種Ti-6A^4V改進型鐵合金，其特征在于，該合金的化學(xué)成分按質(zhì)量百分數(shù)計，包 括 5. 8 ?6. 8 % 的 A1，3. 8 ?4. 6 % 的 V，0. 02 ?0. 45 % 的 Fe，0. 17 ?0. 26 % 的 0,小于等于 0. 08 %的C，小于等于0. 05 %的N，小于等于0. 008 %的H，其余為Ti。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti-6A^4V改進型鐵合金，其特征在于，該合金的化學(xué)成分 按質(zhì)量百分數(shù)計，包括5. 8?6. 8 %的A1，3. 8?4. 6 %的V，0. 02?0. 45 %的Fe，0. 17? 0. 26 %的0,大于0且小于等于0. 08 %的C，大于0且小于等于0. 05 %的N，大于0且小于等 于0.008%的H，其余為Ti。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Ti-6A1-4V改進型鐵合金，其特征在于，所述該合金的原 料為海綿鐵、A1-V中間合金、純金屬A1、純金屬化和Ti2〇,或該合金的原料為海綿鐵、A1-V 中間合金、純金屬A1、Ti-Fe中間合金和Ti2〇。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti-6A1-4V改進型鐵合金，其特征在于，所述該合金的室溫力 學(xué)性能為；初生 a 相含量>30%，〇b> 935N/mm2, 〇u 2> 855N/mm2, Ss>8%，1]) >20%， aKu> 25J，皿(d) > 3. 30mm ;所述該合金的室溫高周旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞性能指標為：加載應(yīng)力為 460N/mm2,循環(huán)周次> 2X106。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti-6A1-4V改進型鐵合金，其特征在于，所述該合金的400°C 力學(xué)性能指標為；初生a相含量>30%，〇b> 620N/mm2, 65^12% 1]) >40%，持久應(yīng)力 為570N/mm2,持久時間> lOOh。
6. -種如權(quán)利要求3所述的Ti-6A1-4V改進型鐵合金的加工方法，其特征在于，包括W 下步驟： 1) 配料及電極壓制；按照名義成分Ti-6. 2A^4. 1V-0. 2化-0. 220將海綿鐵、A1-V中間 合金、純金屬A1、純金屬化和Ti2〇進行混料，或?qū)⒑＞d鐵、A1-V中間合金、純金屬Al、Ti-Fe 中間合金和Ti2〇進行混料，然后通過壓力機及模具將其壓制為電極塊； 2) 電極制備；將電極組焊為長條狀電極； 3) 將電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進行烙煉獲得一次錠； 4) 將一次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進行二次烙煉獲得二次錠； 5) 將二次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進行=次烙煉獲得成品鑄錠； 6) 烙煉完成后冷卻到200°C W下出爐，得到Ti-6A^4V改進型鐵合金。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的Ti-6A1-4V改進型鐵合金的加工方法，其特征在于，所述步驟 2) 中組焊是通過真空等離子焊、氣氣保護等離子焊或真空電子束焊實現(xiàn)的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的Ti-6A1-4V改進型鐵合金的加工方法，其特征在于，所述步驟 3) 中烙煉電流為5?20KA，烙煉電壓為25?45V。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的Ti-6A1-4V改進型鐵合金的加工方法，其特征在于，所述步驟 4) 中烙煉電流5?25KA，烙煉電壓為25?50V。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的Ti-6A^4V改進型鐵合金的加工方法，其特征在于，所述步 驟5)中烙煉電流6?35KA，烙煉電壓為25?55V。
【專利摘要】一種Ti-6Al-4V改進型鈦合金及其加工方法，該合金的化學(xué)成分按質(zhì)量百分數(shù)計，包括5.8～6.8％的Al，3.8～4.6％的V，0.02～0.45％的Fe，0.17～0.26％的O，小于等于0.08％的C，小于等于0.05的N，其余為Ti。本發(fā)明加工得到的TC4G(Ti-6.2Al-4.1V-0.2Fe-0.22O)鈦合金的室溫強度、高溫強度、高周疲勞性能等性能明顯高于目前使用的普通TC4鈦合金，同時TC4G鈦合金的塑性、沖擊等性能與普通TC4鈦合金在一個數(shù)量級別，能夠滿足新一代推重比10以上航空發(fā)動機壓氣機(風(fēng)扇)部件的設(shè)計制造需求。
【IPC分類】C22C14-00, C22C1-03
【公開號】CN104532060
【申請?zhí)枴緾N201410814125
【發(fā)明人】張利軍, 張晨輝, 薛祥義, 李金山, 劉娣, 郭凱
【申請人】西安西工大超晶科技發(fā)展有限責(zé)任公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月22日