一种新型α钛合金及其板材和棒材的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型α钛合金，属于合金制备工艺【技术领域】。本发明涉及的α型钛合金的组分和质量百分比分别为：5.0~7.0wt%的铝，4.0~5.0wt%的铬，1.0~2.0wt%的锰，其它氧、碳、氮、氢总量≤0.1wt%，余量为钛。本发明的钛合金利用成本较低的合金化元素Cr和Mn作为α型钛合金的强化元素，来取代传统的Sn、Mo、Zr、V等价格较高的合金元素，结果发现，新合金具有良好的综合性能。本发明可以扩大α型钛合金合金化元素的选择范围，为α型钛合金的进一步发展提供一定的创新性和理论性指导。
【专利说明】一种新型α钛合金及其板材和棒材的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种新型α钛合金及其型材的制备方法，属于钛合金材料制备工艺
【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 钛合金具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀以及良好的生物相容性等一系列优 异的综合性能，所以在各个工业领域应用广泛，被称为"太空金属"、"海洋金属"、"智能金 属"等。此外，自海绵钛工业化以来，钛的生产能力也在逐年提升，而且钛在自然界分布很 广，钛在地壳中的含量为〇. 64%，在所有元素中排第九位，在金属元素中仅次于铝、铁和镁， 居第四位，比常见的铜、铅、锌金属储量的总和还要多。截止到2009年，世界上探明的钛资 源（以TiO 2计）共有24. 84亿吨，具有经济开采价值的经济储量为13. 82亿吨，可以说是资 源丰富，所以钛合金的开发利用前景十分广阔。
[0003] 经过长期实践，将强度和韧性一同考虑在内的损伤容限设计成为钛及钛合金材料 应用时备受关注的问题，制备出强度更高、韧性更好的钛合金材料是不断追求的目标，在诸 多改善和提高钛合金强韧化的技术手段中合金化是最根本的手段。钛合金按退火后的组织 特点可以分为α、（ α + β )和β型钛合金三大类，其中，α型钛合金是α相固溶体组成 的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，基体相均为α相，组织 稳定，α钛合金密度小，有良好的热强性、热稳定性以及优异的的室温、超低温和高温特性， 所以α钛合金的研发一直是世界各国关注的焦点。
[0004] 经过长期实践，将强度和韧性一同考虑在内的损伤容限设计成为钛及钛合金材料 应用时备受关注的问题。制备出强度更高、韧性更好的钛合金材料是不断追求的目标。在 诸多改善和提高钛合金强韧化的技术手段中合金化是最根本的手段，也是开发新型钛合金 的重要方法。然而目前α钛合金的合金化元素的选择却一直局限于少数几种元素，如Sn、 皿〇、21'、￥、等，对于新型合金元素如&和此等元素的尝试较少，因此不断尝试不同种类的合 金元素，进而研究其对钛合金的组织和性能的影响规律，是新型α钛合金研制方面需要着 重解决的问题。
【发明内容】
[0005] 针对新型α钛合金研发方面存在的问题，本发明的目的是提供一种新型α钛合 金，是一种含Cr和Mn合金元素的新型α钛合金。本发明一种新型α钛合金，其特征在于 具有以下的组分和质量百分数：5. (Γ7. 0 wt%的铝，4. (Γ5. 0 wt%的铬，I. (Γ2. 0 wt%的锰， 其它氧、碳、氮、氢总量< 〇. I wt%，余量为钛； 本发明一种新型α钛合金型材制备方法其特征在于具有以下的制备过程： a.板材的制备 CCM法（即真空感应悬浮熔炼法）：将纯钛、纯铝、纯铬、纯锰，配料后在箱式电阻炉中 预处理即在180°C保温12个小时，然后置于水冷铜坩埚中，反复洗炉4次后反冲0. 006 MPa 的氩气作为保护气体，在高于其熔点10-150°C温度范围内反复熔炼4次，得到椭圆形铸锭， 所得铸锭加热到760°C，在横列式轧机上热轧，5道次轧完，一道次的变形率不超过15%，得 到厚度为6~7mm的板材；然后将此板材再作真空退火热处理，退火温度为700°C，保温时间 为2h,冷却方式为空冷； b.棒材的制备 VAR法（即真空感应自耗熔炼法）：将纯钛、纯铝、纯铬、钛锰中间合金，配料后采用挤压 法压制成电极块，然后在真空-充氩箱内用电弧焊将电极块焊接在一起作为真空自耗电 极，通电后自耗电极与熔池间电弧放电产生高温将电极熔化，得到金属钛锭，钛锭加热到 1050°C开坯锻造2~3次，将锻坯反复镦粗和拔长锻造2~3火次得到Φ20πιπι的轧制棒坯，将 表面裂纹打磨干净，空冷至室温，得到成品棒材；然后将此棒材再作真空退火热处理，退火 温度为700°C，保温时间为2h，冷却方式为空冷。
【具体实施方式】
[0006] 下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。
[0007] 实施例1 将纯钛、纯铝、纯铬、纯锰，按表1的成分配比进行配料，在普通的箱式电阻炉中预处理 (180°C保温12个小时)，去除合金原料中的自由水，然后置于水冷铜坩埚中，反复洗炉4次 后反冲0. 006 MPa的氦气作为保护气体，反复烙炼4次，得到椭圆形铸锭，所得铸锭加热到 760°C，在横列式轧机上热轧，5道次轧完，一道次的变形率不超过15%，得到厚度为6~7mm的 板材。轧制得到的板材按表2的热处理制度进行热处理后，取样并依照国标GB/T228-2002 的要求进行室温力学性能测试，其力学性能见表2。
[0008] 表1实施例1中合金的成分配比
【权利要求】
1. 一种新型a钛合金，其特征在于：新型a钛合金的成分为5. 0~7.0 wt%的铝，
4. (T5. 0 wt%的铬，1. (T2. 0 wt%的锰，其它氧、碳、氮、氢总量彡0. 1 wt%，余量为钛。
2. -种新型a钛合金型材的制备方法其特征在于具有以下的制备过程： a. 板材制备 CCM法（即真空感应悬浮熔炼法）:将纯钛、纯铝、纯铬、纯锰，根据上述配方配料后在箱 式电阻炉中预处理即在180°C保温12个小时，然后置于水冷铜坩埚中，反复洗炉4次后反冲 0.006 MPa的氩气作为保护气体，在高于其熔点10-150°C范围内反复熔炼4次，得到椭圆形 铸锭，将所得铸锭加热到760°C，在横列式轧机上热轧，5道次轧完，一道次的变形率不超过 15%，得到厚度为6~7mm的板材；然后将此板材再作真空退火热处理，退火温度为700°C，保 温时间为2h，冷却方式为空冷； b. 棒材制备 VAR法（即真空感应自耗熔炼法）：将纯钛、纯铝、纯铬、钛锰中间合金，根据上述配方配 料后采用挤压法压制成电极块，然后在真空-充氩箱内用电弧焊将电极块焊接在一起得到 所需尺寸的真空自耗电极，通电后自耗电极与熔池间电弧放电产生高温将电极熔化，得到 金属钛锭，钛锭加热到1050°C开坯锻造2~3次，将锻坯反复镦粗和拔长锻造2~3火次得到 小20mm的轧制棒坯，将表面裂纹打磨干净，空冷至室温，得到成品棒材；然后将此棒材再作 真空退火热处理，退火温度为700°C，保温时间为2h，冷却方式为空冷。
【文档编号】B21C37/02GK104372203SQ201410691128
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】李重河, 胡仁民, 张捷宇, 鲁雄刚, 林崇茂, 魏超 申请人:上海大学