一種高性能鈦合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高性能鈦合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦及其合金是20世紀(jì)興起的一種重要的金屬材料，同鋼、鋁等金屬材料相比，它具有比強(qiáng)度高、中溫性能好及耐腐蝕好等優(yōu)勢(shì)。在短短的半個(gè)世紀(jì)內(nèi)，鈦及鈦合金得到了迅猛的發(fā)展，成為材料領(lǐng)域的重要組成部分。鈦及其合金主要應(yīng)用于航空領(lǐng)域，在化學(xué)工業(yè)、核工業(yè)、航天、船舶等領(lǐng)域也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。因而鈦合金技術(shù)被列為國(guó)防科技關(guān)鍵技術(shù)及重點(diǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)。在航空方面，鈦合金是飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料之一。鈦合金的應(yīng)用水平是衡量飛機(jī)選材先進(jìn)程度的重要標(biāo)志之一，是影響飛機(jī)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的一個(gè)重要方面。在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中，用鈦合金代替高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，可以減重15%?20%?，F(xiàn)如今，世界上大型客機(jī)的生產(chǎn)廠家包括波音、空客和商飛。隨著科技的發(fā)展，鈦合金在飛機(jī)上的使用量不斷增加，鈦合金在飛機(jī)中的使用量(百分比)不斷增加的情況，由于鈦合金在飛機(jī)上的使用量不斷增加，其重要性日顯突出。大力發(fā)展鈦合金行業(yè)對(duì)我國(guó)民用和軍用飛機(jī)事業(yè)及其它工業(yè)的發(fā)展是非常重要的。中國(guó)目前也有國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919，其中第三代鋁鋰合金材料、先進(jìn)復(fù)合材料在C919機(jī)體結(jié)構(gòu)用量分別達(dá)到8.8%和12%，國(guó)產(chǎn)鋁合金、鈦合金及鋼等材料占全機(jī)結(jié)構(gòu)重量20-30%。但是與歐美的先進(jìn)飛機(jī)相比，還有一定差距，需要不斷努力，盡量縮短這一差距。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種高性能鈦合金，高性能鈦合金具有相對(duì)密度低，比強(qiáng)度高，比模量高，耐腐蝕性好，是能夠用于航空航天等領(lǐng)域的高性能合金材料。
[0004]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
一種高性能鈦合金，包括下述重量百分比的化學(xué)元素:C、0.08-0.12%,Si,0.3-0.5%，0、0.1-0.5%，W、2-5%，Mn、1.5-3.5%，Cr、3.0-5.0%，Co、1.0-1.6%，B、0.3-0.8%，V、0.15-0.25% ,AK2.5-4%，N、0.1-0.5 %，Sn、6.5-10%，Te、3_5%，Mo、0.08-1.25 %，Ni <
0.40%，余量為鈦。
[0005]優(yōu)選的，所述高性能鈦合金包括下述重量百分比的化學(xué)元素:C、0.1-0.12%,Si,0.35-0.5%，0、0.2-0.4%，W、2.5-4.5%，Mn、2.0-3.5%，Cr、3.5-5.0 %，Co、1.2-1.5%，B、0.4-0.7%,V^0.17-0.22%，A1、2.9_3.5%，N、0.2-0.4%，Sn、7.5-9%，Te、3.5_5%，Mo、0.5-1.05%，Ni <0.40%，余量為鈦。
[0006]優(yōu)選的，所述高性能鈦合金包括下述重量百分比的化學(xué)元素:C、0.1%,Si,
0.4%，0、0.3%，W、3%，Mn、2.5%，Cr、4%，Co、l.3%，B、0.5%，V、0.2%，A1、3%，N、0.3%，Sn、8%，Te、4%，Mo、0.65%，Ni <0.40%，余量為鈦。
[0007]優(yōu)選的，所述高性能鈦合金包括下述重量百分比的化學(xué)元素:C、0.11%,Si,0.45%，0、0.3%，W、3.5%，Μη、2.7%，Cr、4.3%，Co、1.35%，B、0.55%，V、0.19%，A1、3.2%，N、0.35%，Sn、8.5%，Te、4.2%，Mo、0.75% ,Ni <0.40%，余量為鈦。
[0008]對(duì)本高性能鈦合金進(jìn)行了性能測(cè)試和分析，抗拉強(qiáng)度Rm 2 1300 MPa，屈服強(qiáng)度Rp> 1200 MPa，延伸率A 2 9%，面縮率2 15%，斷裂韌性KIC 2 90 MPa.nf 0.5。而一般的鈦合金并不能達(dá)到此性能。
[0009]—種高性能鈦合金制備方法，S1、按鈦合金各元素組分計(jì)算海綿鈦、Al-V、Al_Mo、Fe-B中間合金、純A1、純Fe用量配比，配制；
S2、步驟S1中的海綿鈦、Al-V、Al-Mo、Fe-B中間合金、純A1、純Fe按配比放入真空爐經(jīng)17000±20°C高溫熔化并保溫12-15分鐘，然后在真空狀態(tài)下澆鑄成半成品；所述真空爐的真空度大約為10~ (—4)Pa;所述真空爐采用分子栗抽真空。
[0010]S3、將步驟S2制得的半成品在真空自耗電極凝殼爐中進(jìn)行產(chǎn)品澆注，然后進(jìn)行固溶時(shí)效處理，處理工藝為780°C時(shí)固溶9分鐘，并在450°C時(shí)效6小時(shí)，得高性能鈦合金材料；所述固溶和時(shí)效時(shí)采用氮?dú)獗Ｗo(hù)。
[0011]本發(fā)明提供一種高性能鈦合金，本發(fā)明高性能鈦合金具有相對(duì)密度低，比強(qiáng)度高，比模量高，耐腐蝕性好，熱膨脹系數(shù)小、穩(wěn)定性好、力學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，而且耐水解性能好，精度高，塑性高，韌性大幅度提高，成本低，在汽車(chē)、化工、電氣、航空航天等領(lǐng)域作為高性能合金材料具有非常廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明提供的方法，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本相對(duì)降低，節(jié)約能源，提高生產(chǎn)效率和材料的利益率。
【具體實(shí)施方式】
[0012]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0013]實(shí)施例1:本實(shí)施例高性能鈦合金，包括下述重量百分比的化學(xué)元素:C、0.08，S1、
0.3%，0、0.1%，W、2%，Μη、1.5%，Cr、3.0%，Co、l.0%，B、0.3%，V、0.15%，Α1、2.5%，N、
0.1%，Sn、6.5%，Te、3%，Mo、0.08% ,Ni <0.40%，余量為鈦。
[0014]本實(shí)施例高性能鈦合金的制備方法，包括以下制備步驟:
51、按鈦合金各元素組分計(jì)算海綿鈦、Al-V、Al-Mo、Fe-B中間合金、純A1、純Fe用量配比，配制；
52、步驟S1中的海綿鈦、Al-V、Al-Mo、Fe-B中間合金、純A1、純Fe按配比放入真空爐經(jīng)17000±20°C高溫熔化并保溫12-15分鐘，然后在真空狀態(tài)下澆鑄成半成品；所述真空爐的真空度大約為10~ (—4)Pa;所述真空爐采用分子栗抽真空。
[0015]S3、將步驟S2制得的半成品在真空自耗電極凝殼爐中進(jìn)行產(chǎn)品澆注，然后進(jìn)行固溶時(shí)效處理，處理工藝為780°C時(shí)固溶9分鐘，并在450°C時(shí)效6小時(shí)，得高性能鈦合金材料；所述固溶、時(shí)效時(shí)采用氮?dú)獗Ｗo(hù)。
[0016]實(shí)施例2:本實(shí)施例高性能鈦合金，包括下述重量百分比的化學(xué)元素:C、0.12%，
S1、0.5%，0、0.5%，W、5%，Μη、3.5%，Cr、5.0%，Co、1.6%，B、0.8%，V、0.25%，A1、4%，N、
0.5%，Sn、10%，Te、5%，Mo、1.25% ,Ni <0.40%，余量為鈦。
[0017]本實(shí)施例高性能鈦合金的制備方法，包括以下制備步驟:
51、按鈦合金各元素組分計(jì)算海綿鈦、Al-V、Al-Mo、Fe-B中間合金、純A1、純Fe用量配比，配制；
52、步驟S1中的海綿鈦、Al-V、Al-Mo、Fe-B中間合金、純A1、純Fe按配比放入真空爐經(jīng)17000±20°C高溫熔化并保溫12-15分鐘，然后在真空狀態(tài)下澆鑄成半成品；所述真空爐的真空度大約為10~ (—4)Pa;所述真空爐采用分子栗抽真空。
[0018]S3、將步驟S2制得的半成品在真空自耗電極凝殼爐中進(jìn)行產(chǎn)品澆注，然后進(jìn)行固溶時(shí)效處理，處理工藝為780°C時(shí)固溶9分鐘，并在450°C時(shí)效6小時(shí)，得高性能鈦合金材料；所述固溶、時(shí)效時(shí)采用氮?dú)獗Ｗo(hù)。
[0019]實(shí)施例3:本實(shí)施例高性能鈦合金，包括下述重量百分比的化學(xué)元素:C、0.1%,S1、0.35%，0、0.2%，W、2.5%，Mn、2.0%，Cr、3.5%，Co、l.2%，B、0.4%，V、0.17%，Α1、2.9%，Ν、0.2%，Sn、7.5%，Te、3.5%，Mo、0.5% ,Ni <0.40%，余量為鈦。
[0020]本實(shí)施例高性能鈦合金的制備方法，包括以下制備步驟:
51、按鈦合金各元素組分計(jì)算海綿鈦、Al-V、Al-Mo、Fe-B中間合金、純A1、純Fe用量配比，配制；
52、步驟S1中的海綿鈦、Al-V、Al-Mo、Fe-B中間合金、純A1、純Fe按配比放入真空爐經(jīng)17000±20°C高溫熔化并保溫12-15分鐘，然后在真空狀態(tài)下澆鑄成半成品；所述真空爐的真空度大約為10~ (—4)Pa;所述真空爐采用分子栗抽真空。
[0021]S3、將步驟S2制得的半成品在真空自耗電極凝殼爐中進(jìn)行產(chǎn)品澆注，然后進(jìn)行固溶時(shí)效處理，處理工藝為780°C時(shí)固溶9分鐘，并在450°C時(shí)效6小時(shí)，得高性能鈦合金材料；所述固溶、時(shí)效時(shí)采用氮?dú)獗Ｗo(hù)。
[0022]實(shí)施例4:本實(shí)施例高性能鈦合金，包括下述重量百分比的化學(xué)元素:C、0.12%