一种钇元素改性tb2钛合金的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种钇元素改性TB2钛合金，由以下重量百分含量的成分组成：Al 2.5％～3.5％，Mo 4.7％～5.7％，Cr 7.5％～8.5％，V 4.7％～5.7％，Y 0.005％～0.1％，余量为Ti和不可避免的杂质。本发明通过添加稀土元素Y对TB2钛合金进行合金化处理，使稀土元素Y与TB2钛合金中的杂质元素C、O、H、N等形成稀土难熔物，有效地减少了杂质元素在晶界处的分布，一定程度上解决了由C、O、N、H等杂质元素引起的晶界弱化问题，同时由于稀土难熔物的存在导致其与再结晶晶界发生交互作用，抑制了晶界运动，从而细化了晶粒，提高了TB2钛合金的强度和塑性。
【专利说明】一种f乙元素改性TB2钛合金
【技术领域】
[0001]本发明属于钛合金【技术领域】，具体涉及一种钇元素改性TB2钛合金。
【背景技术】
[0002]TB2是一种亚稳定β型钛合金，具有良好的工艺塑性、较高的强度和断裂韧性、以及深淬透性等优点。ΤΒ2钛合金经热处理后，具有高的强度和良好的塑性，在航空、航天领域具有广泛地应用，常用作生产星弹连接带、航空用铆钉和紧固件、超速离心机转头、弹性元件以及固体发动机壳体等零件。ΤΒ2钛合金屈强比高，变形抗力较大，不易冷加工变形，通常采用热加工变形工艺来改善合金的组织性能，但是采用ΤΒ2钛合金在生产零件的过程中易于出现ΤΒ2钛合金的强度与塑性不匹配的问题，导致产品的成品率较低，因此急需寻求具有较高强度与塑性的ΤΒ2钛合金，并且它的强度与塑性能够相互匹配，这对于提高ΤΒ2钛合金的广泛应用具有重要的推动作用。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种钇元素改性ΤΒ2钛合金，通过在ΤΒ2钛合金中添加稀土元素Y对其进行合金化处理，有效地减少了 ΤΒ2钛合金晶界处杂质元素C、0、N、H等的分布，一定程度上解决了晶界弱化的问题，提高了 TB2钛合金塑性，同时也细化了晶粒，提高了 TB2钛合金的强度。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种钇元素改性TB2钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成:A1 2.5%?3.5%，Mo 4.7%?5.7%，Cr
7.5%?8.5%，V 4.7%?5.7%，Y 0.005%?0.1%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0005]上述的一种钇元素改性TB2钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成:Al 3% ?3.5%，Μο 5%?5.6%，Cr 7.5%?8.1%，V 5.2%?5.7%，Y 0.05%?0.1%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0006]上述的一种钇元素改性ΤΒ2钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成:A1 3.24%,Mo 5.19%, Cr 8.09%, V 5.21%, Y 0.05%，余量为 Ti 和不可避免的杂质。
[0007]上述的一种钇元素改性TB2钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成:Al 3.28%,Mo 5.58%, Cr 7.53%, V 5.68%, Y 0.09%，余量为 Ti 和不可避免的杂质。
[0008]上述的一种钇元素改性TB2钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成:A1 3.2%, Mo 5.46%, Cr 7.9%, V 5.42%, Y 0.1%，余量为 Ti 和不可避免的杂质。
[0009]本发明钇元素改性TB2钛合金的制备方法采用钛合金的常规制备方法，具体过程为:首先根据需要选择合适的原料，按设计成分将所述原料混合后压制成电极，然后将所述电极用真空自耗电弧炉经三次熔炼得到合金铸锭，再将所述合金铸锭在液压锻造机上进行开坯锻造、多火次反复镦拔锻造和成形锻造后得到钇元素改性TB2钛合金锻件，最后经固溶处理和过时效处理后得到钇元素改性TB2钛合金板材。
[0010]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0011]1、本发明在TB2钛合金中添加稀土元素Y，进行合金化处理，使容易富集在晶界处的C、0、N、H等杂质元素与稀土元素Y作用形成稀土难熔物，有效地减少了杂质元素在晶界处的分布，一定程度上解决了由C、0、N、H等杂质元素引起的晶界弱化问题，从而提高TB2钛合金的室温力学性能。
[0012]2、本发明钇元素改性TB2钛合金，由于稀土难熔物的存在，会与TB2钛合金的晶界发生交互作用，细化合金晶粒尺寸，而细小的合金晶粒在受力作用时变形更为均匀，不易发生应力集中，有利于改善TB2钛合金加工工艺及产品性能，有利于TB2钛合金产品的批量化生产，以及提高TB2钛合金产品的成品率。
[0013]3、本发明钇元素改性TB2钛合金在添加适量的Y元素后，稀土难熔物阻碍了晶界运动，抑制了晶粒长大，同时由于晶界处原子排列紊乱，位错结构复杂，因此晶粒越细小，晶界就越多，当位错穿过晶界而改变滑移方向时，则需要消耗更多的能量，此时位错滑移变得困难，变形很难传递下去，因此提高了 TB2钛合金的抗变形能力，从而提高TB2钛合金的强度及塑性，使TB2钛合金具有较好的综合力学性能。
[0014]下面通过附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例1钇元素改性TB2钛合金的金相组织图。
[0016]图2为本发明实施例2钇元素改性TB2钛合金的金相组织图。
[0017]图3为本发明实施例3钇元素改性TB2钛合金的金相组织图。
【具体实施方式】
[0018]本发明钇元素改性TB2钛合金由以下重量百分含量的成分组成:A12.5 %?
3.5%, Mo 4.7%?5.7%，Cr 7.5%?8.5%，V 4.7%?5.7%，Y 0.005%?0.1%，余量为Ti和不可避免的杂质。该钇元素改性TB2钛合金的具体制备过程为:根据需要选择合适的原料，所述原料包括铝钒合金、铝钥合金、钛钥合金、金属镉粉、金属钇粉和零级海绵钛，按设计成分将所述原料混合后压制成电极，然后将所述电极用真空自耗电弧炉经三次熔炼后得到合金铸锭，再将所述合金铸锭在液压锻造机上进行开坯锻造、3?4火次反复镦拔锻造和成形锻造后得到钇元素改性TB2钛合金锻件，最后经固溶处理和过时效处理后得到钇元素改性TB2钛合金板材。所述开坯锻造的加热温度为1000°C?1150°C，所述镦拔锻造的加热温度为950°C?1050°C，所述成形锻造的加热温度为800°C?900°C，所述固溶处理的温度为750°C?800°C，固溶处理的保温时间为Ih?2h，所述过时效处理的温度为560°C?580°C，过时效处理的保温时间为6h?8h。
[0019]实施例1
[0020]本实施例钇元素改性TB2钛合金的名义成分为T1-3.24A1-5.19Mo_8.09Cr_5.21V-0.05Y，即按重量百分含量计为:A1 3.24%, Mo 5.19%, Cr8.09%, V 5.21%,Y 0.05%,^量为Ti和不可避免的杂质。
[0021]本实施例钇元素改性TB2钛合金的制备方法为:按名义成分T1-3.24A1-5.19Mo_
8.09Cr-5.21V-0.05Y配料，原料采用A1-85V中间合金、Al_60Mo中间合金、Ti_30Mo中间合金、金属镉粉、金属钇粉和零级海绵钛，将所述原料混合后压制成电极，然后将所述电极用真空自耗电弧炉经三次熔炼得到Φ150_的合金铸锭，再将所述合金铸锭在液压锻造机上进行开坯锻造、3火次反复镦拔锻造和成形锻造后得到钇元素改性ΤΒ2钛合金锻件，最后经固溶处理和过时效处理后得到厚度为60mm的钇元素改性TB2钛合金板材。所述开坯锻造的加热温度为1150°C，所述镦拔锻造的加热温度为1000°C，所述成形锻造的加热温度为850°C，所述固溶处理的温度为780°C，固溶处理的保温时间为2h，所述过时效处理的温度为580°C，过时效处理的保温时间为8h。
[0022]图1为本实施例钇元素改性TB2钛合金的金相组织图，从图1中可以看出，钇元素改性TB2钛合金的晶粒细小。本实施例钇元素改性TB2钛合金板材的力学性能为Rm =1215MPa, Rp0.2 = 1150MPa, A = 12%，Z = 30%。
[0023]实施例2
[0024]本实施例钇元素改性TB2钛合金的名义成分为T1-3.28A1-5.58Mo_7.53Cr_5.68V-0.09Y，即按重量百分含量计为:A1 3.28%,Mo 5.58%,Cr7.53%, V 5.68%, Y 0.09%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0025]本实施例钇元素改性TB2钛合金的制备方法为:按名义成分T1-3.28A1-5.58Mo_7.53Cr-5.68V-0.09Y配料，原料采用A1-85V中间合金、Al_60Mo中间合金、Ti_30Mo中间合金、金属镉粉、金属钇粉和零级海绵钛，将所述原料混合后压制成电极，然后将所述电极用真空自耗电弧炉经三次熔炼得到Φ 150_的合金铸锭，再将所述合金铸锭在液压锻造机上进行开坯锻造、3火次反复镦拔锻造和成形锻造后得到钇元素改性TB2钛合金锻件，最后经固溶处理和过时效处理后得到厚度为60mm的钇元素改性TB2钛合金板材。所述开坯锻造的加热温度为1150°C，所述镦拔锻造的加热温度为1000°C，所述成形锻造的加热温度为850°C，所述固溶处理的温度为780°C，固溶处理的保温时间为2h，所述过时效处理的温度为580°C，过时效处理的保温时间为8h。
[0026]图2为本实施例钇元素改性TB2钛合金的金相组织图，从图2中可以看出，钇元素改性TB2钛合金的晶粒细小。本实施例钇元素改性TB2钛合金板材的力学性能为Rm =1266MPa, Rp0.2 = 1224MPa, A = 15%，Z = 38%。
[0027]实施例3
[0028]本实施例钇元素改性TB2钛合金的名义成分为T1-3.2A1-5.46Mo_7.9Cr_5.42V-0? 1Y，即按重量百分含量计为:A1 3.2%, Mo 5.46%, Cr 7.9%, V 5.42%, Y 0.1%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0029]本实施例钇元素改性TB2钛合金的制备方法为:按名义成分T1-3.2A1-5.46Mo-7.9Cr_5.42V-0.1Y 配料，原料采用 A1-85V 中间合金、Al_60Mo 中间合金、T1-30Mo中间合金、金属镉粉、金属钇粉和零级海绵钛，将所述原料混合后压制成电极，然后将所述电极用真空自耗电弧炉经三次熔炼得到Φ 150_的合金铸锭，再将所述合金铸锭在液压锻造机上进行开坯锻造、4火次反复镦拔锻造和成形锻造后得到钇元素改性TB2钛合金锻件，最后经固溶处理和过时效处理后得到厚度为60mm的钇元素改性TB2钛合金板材。所述开坯锻造的加热温度为1150°C，所述镦拔锻造的加热温度为1000°C，所述成形锻造的加热温度为850°C，所述固溶处理的温度为780°C，固溶处理的保温时间为2h，所述过时效处理的温度为580°C，过时效处理的保温时间为8h。
[0030]图3为本实施例钇元素改性TB2钛合金的金相组织图，从图3中可以看出，钇元素改性TB2钛合金的晶粒细小。本实施例钇元素改性TB2钛合金板材的力学性能为Rm =1273MPa, Rp0.2 = 1222MPa, A = 15%，Z = 35%。
[0031]实施例4
[0032]本实施例钇元素改性TB2钛合金的名义成分为T1-2.5A1-4.7Mo-7.5Cr-4.7V-0.1Y，即按重量百分含量计为:Al 2.5 %, Mo 4.7 %, Cr7.5%, V 4.7%, Y 0.1%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0033]本实施例钇元素改性TB2钛合金的制备方法为:按名义成分T1-2.5A1-4.7Mo-7.5Cr_4.7V-0.1Y 配料，原料采用 A1-85V 中间合金、Al_60Mo 中间合金、T1-30Mo中间合金、金属镉粉、金属钇粉和零级海绵钛，将所述原料混合后压制成电极，然后将所述电极用真空自耗电弧炉经三次熔炼得到Φ 150_的合金铸锭，再将所述合金铸锭在液压锻造机上进行开坯锻造、3火次反复镦拔锻造和成形锻造后得到钇元素改性TB2钛合金锻件，最后经固溶处理和过时效处理后得到厚度为60mm的钇元素改性TB2钛合金板材。所述开坯锻造的加热温度为1075°C，所述镦拔锻造的加热温度为1050°C，所述成形锻造的加热温度为800°C，所述固溶处理的温度为750°C，固溶处理的保温时间为1.5h，所述过时效处理的温度为560°C，过时效处理的保温时间为7h。
[0034]本实施例钇元素改性TB2钛合金板材的力学性能为Rm = 1213MPa，Rp0.2 =1156MPa, A = 12%, Z = 29%。
[0035]实施例5
[0036]本实施例钇元素改性TB2钛合金的名义成分为T1-3.5A1-5.7Mo_8.5Cr_5.7V-0.005Y,即按重量百分含量计为:A1 3.5%, Mo 5.7%, Cr 8.5%, V 5.7%, Y 0.005%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0037]本实施例钇元素改性TB2钛合金的制备方法为:按名义成分T1-3.5A1-5.7Mo-8.5Cr_5.7V-0.005Y 配料，原料采用 A1-85V 中间合金、Al_60Mo 中间合金、T1-30Mo中间合金、金属镉粉、金属钇粉和零级海绵钛，将所述原料混合后压制成电极，然后将所述电极用真空自耗电弧炉经三次熔炼得到Φ 150_的合金铸锭，再将所述合金铸锭在液压锻造机上进行开坯锻造、3火次反复镦拔锻造和成形锻造后得到钇元素改性TB2钛合金锻件，最后经固溶处理和过时效处理后得到厚度为60mm的钇元素改性TB2钛合金板材。所述开坯锻造的加热温度为1000°C，所述镦拔锻造的加热温度为950°C，所述成形锻造的加热温度为900°C，所述固溶处理的温度为800°C，固溶处理的保温时间为2h，所述过时效处理的温度为570°C，过时效处理的保温时间为7h。
[0038]本实施例钇元素改性TB2钛合金板材的力学性能为Rm = 1150MPa, Rp0.2 =1075MPa, A = 13%, Z = 30%。
[0039]实施例6
[0040]本实施例钇元素改性TB2钛合金的名义成分为T1-3Al-5.6Μο-7.5Cr-5.7V-0.05Y，即按重量百分含量计为:A1 3%,Mo 5.6%, Cr 7.5%, V
5.7%, Y 0.05%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0041]本实施例钇元素改性TB2钛合金的制备方法为:按名义成分Τ?-3Α1-5.6Mo-7.5Cr_5.7V-0.05Y 配料，原料采用 A1-85V 中间合金、Al_60Mo 中间合金、T1-30Mo中间合金、金属镉粉、金属钇粉和零级海绵钛，将所述原料混合后压制成电极，然后将所述电极用真空自耗电弧炉经三次熔炼得到Φ 150_的合金铸锭，再将所述合金铸锭在液压锻造机上进行开坯锻造、4火次反复镦拔锻造和成形锻造后得到钇元素改性TB2钛合金锻件，最后经固溶处理和过时效处理后得到厚度为60mm的钇元素改性TB2钛合金板材。所述开坯锻造的加热温度为1100°C，所述镦拔锻造的加热温度为1050°C，所述成形锻造的加热温度为800°C，所述固溶处理的温度为750°C，固溶处理的保温时间为2h，所述过时效处理的温度为570°C，过时效处理的保温时间为6h。
[0042]本实施例钇元素改性TB2钛合金板材的力学性能为Rm = 1186MPa，Rp0.2 =11 OOMPa, A = 14%, Z = 32%。
[0043]实施例7
[0044]本实施例钇元素改性TB2钛合金的名义成分为T1-3.3A1-5MO-8.lCr-5.2V-0.08Y，即按重量百分含量计为:A1 3.3%,Mo 5%, Cr 8.1%,V5.2%, Y 0.08%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0045]本实施例钇元素改性TB2钛合金的制备方法为:按名义成分T1-3.3Al-5Mo-8.lCr-5.2V-0.08Y 配料，原料采用 A1-85V 中间合金、Al_60Mo 中间合金、T1-30Mo中间合金、金属镉粉、金属钇粉和零级海绵钛，将所述原料混合后压制成电极，然后将所述电极用真空自耗电弧炉经三次熔炼得到Φ150_的合金铸锭，再将所述合金铸锭在液压锻造机上进行开坯锻造、4火次反复镦拔锻造和成形锻造后得到钇元素改性ΤΒ2钛合金锻件，最后经固溶处理和过时效处理后得到厚度为60mm的钇元素改性TB2钛合金板材。所述开坯锻造的加热温度为1150°C，所述镦拔锻造的加热温度为1050°C，所述成形锻造的加热温度为850°C，所述固溶处理的温度为800°C，固溶处理的保温时间为lh，所述过时效处理的温度为560°C，过时效处理的保温时间为8h。
[0046]本实施例钇元素改性TB2钛合金板材的力学性能为Rm = 1195MPa，Rp0.2 =1115MPa, A = 13%, Z = 31%。
[0047]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种钇元素改性TB2钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成:A12.5%?3.5%，Mo 4.7%?5.7%，Cr 7.5%?8.5%，V 4.7%?5.7%，Y 0.005%?0.1%，余量为Ti和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种钇元素改性TB2钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成:A1 3%?3.5%, Mo 5%?5.6%, Cr 7.5%?8.1%, V 5.2%?5.7%,Y 0.05%?0.1%，余量为Ti和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的一种钇元素改性TB2钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成:A1 3.24%,Mo 5.19%, Cr 8.09%，V5.21 %，Y 0.05%，余量为 Ti 和不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的一种钇元素改性TB2钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成:A1 3.28%,Mo 5.58%, Cr 7.53%, V5.68%, Y 0.09%，余量为 Ti 和不可避免的杂质。
5.根据权利要求2所述的一种钇元素改性TB2钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成:A1 3.2%,Mo 5.46%, Cr 7.9%, V 5.42%, Y 0.1%，余量为Ti和不可避免的杂质。
【文档编号】C22C14/00GK104404305SQ201410810252
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】张鹏省, 侯智敏, 李思兰, 尹雁飞, 毛小南, 赵永庆 申请人:西北有色金属研究院