一种低成本钛合金的制作方法

文档序号:18633530发布日期:2019-09-11 21:56阅读:471来源:国知局

本发明涉及一种合金材料领域,尤其涉及一种钛合金。



背景技术:

钛合金中用量最大的是tc4(ti-6al-4v)钛合金,它具有优异的综合性能,大量应用于航空、航天、舰船、兵器、化工、医疗、体育、建筑等领域,已成为世界上工业用量最大的国际通用型钛合金。tc4钛合金的成份按重量百分比包括:铝(al)5.5~6.8,钒(v)3.5~4.5,铁(fe)≤0.30,碳(c)≤00.08,氮(n)≤0.05,氢(h)≤0.015,氧(o)≤0.20,余量钛(ti)。该钛合金抗拉强度rm/mpa≥895,规定残余伸长应力rρ0.2/mpa≥825,伸长率a5(%)≥10,断面收缩率z(%)≥25,工作温度-110~560℃。

该技术的tc4钛合含有4%左右的钒,而钒的成本较高,使得所述tc4的成本居高不下。

因此,有必要提供一种新的低成本钛合金解决上述问题。



技术实现要素:

本发明需要解决的技术问题是提供一种压力加工及焊接等性能好且成本低的钛合金。

为解决上述技术问题,本发明提供一种钛合金,其组份按重量百分比计包括:以铝为主体的复合组份,该以铝为主体的复合组份按重量百分比计包括:cu,0.055-0.06%;mg,0.055-0.06%;cr,0.05%;zn,0.06%;al,2.5~3.5%;然后再添加如下合金元素,经二次自耗熔炼出低成本钛合金铸锭,再经压力加工即可成型:

fe,2.5-2.8%;

c,≤0.1%;

n,≤0.05%;

h,≤0.015%;

o,≤0.2%;

ti,余量。

优选的,该钛合金其组份按重量百分比计包括:

以铝为主体的复合组份,该以铝为主体的复合组份按重量百分比计包括:cu,0.055-0.06%;mg,0.055-0.06%;cr,0.05%;zn,0.06%;al,2.5%;然后再添加如下合金元素,经二次自耗熔炼出低成本钛合金铸锭,再经压力加工即可成型:

fe,2.5-2.8%;

c,≤0.1%;

n,≤0.05%;

h,≤0.015%;

o,≤0.2%;

ti,余量。

优选的,该钛合金其组份按重量百分比计包括:

以铝为主体的复合组份,该以铝为主体的复合组份按重量百分比计包括:cu,0.06%;mg,0.06%;cr,0.05%;zn,0.06%;al,3.0%;然后再添加如下合金元素,经二次自耗熔炼出低成本钛合金铸锭,再经压力加工即可成型:

fe,2.5-2.6%;

c,≤0.1%;

n,≤0.05%;

h,≤0.015%;

o,≤0.2%;

ti,余量。

优选的,该钛合金其组份按重量百分比计包括:

以铝为主体的复合组份,该以铝为主体的复合组份按重量百分比计包括:cu,0.06%;mg,0.06%;cr,0.05%;zn,0.06%;al,3.2%;然后再添加如下合金元素,经二次真空自耗熔炼出低成本钛合金铸锭,再经压力加工即可成型:

fe,2.6%;

c,0.1%;

n,0.05%;

h,0.015%;

o,0.2%;

ti,余量。

优选的,该钛合金其组份按重量百分比计包括:其组份按重量百分比计包括:

以铝为主体的复合组份,该以铝为主体的复合组份按重量百分比计包括:cu,0.06%;mg,0.06%;cr,0.05%;zn,0.06%;al,3.5%;然后再添加如下合金元素,经二次真空自耗熔炼出低成本钛合金铸锭,再经压力加工即可成型:

fe,2.5%;

c,0.1%;

n,0.05%;

h,0.015%;

o,0.2%;

ti,余量。

相较于现有技术,本发明的钛合金通过按特定比例添铝、铁等微量元素组合,替换原tc4钛合中的钒,上述添加元素价格低,极大程度的降低钛合金的成本;而且上述元素组合添加后省去了钒的使用后,该钛合金抗拉强度rm/mpa≥943,规定残余伸长应力rρ0.2/mpa≥869,伸长率a5(%)≥13.0,断面收缩率z(%)≥32,工作温度-100~530℃,综合性能优。

具体实施方式

下面将结合实施方式对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种钛合金,其组份按重量百分比计包括:

以铝为主体的复合组份,该以铝为主体的复合组份按重量百分比计包括:cu(铜),0.055-0.06%;mg(镁),0.055-0.06%;cr(铬),0.05%;zn(锌),0.06%,0.2%;al(铝),2.5~3.5%;然后再添加如下合金元素二次真空熔炼成铸锭,再经压力加工即可成型:

fe(铁),2.5-2.8%;

c(碳),≤0.1%;

n(氮),≤0.05%;

h(氢),≤0.015%;

o(氧),≤0.2%;

ti(钛),余量。

铝在钛中的极限溶解度为7.5%;超过极限溶解度后,组织中出现有序相ti3al(α2),对合金的塑性、韧性及应力腐蚀不利,故一般加铝量不超过7%,一般为5.5-6.8%。铝改善抗氧化性,铝比钛还轻,能减小合金密度,并显著提高再结晶温度,如添加5%al可使再结晶温度从纯钛600℃提高到800℃。

本发明中,铝提高钛固溶体中原子间结合力,从而改善热强性。在可热处理β合金中,加入约3%的铝,可防止由亚稳定β相分解产生的ω相而引起的脆性。铝还提高氢在α-ti中的溶解度,减少由氢化物引起氢脆的敏感性。具体的,本发明因使用了以铝为主体的复合组份,其添加的上述以铝为主体的复合组份量不超过3~3.5%,可达到与tc4相近性能,使该钛合金具有良好的压力加工性和焊接性能。

该合金中添加的cu(铜)具有增加钛合金抗还原性腐蚀作用和提高延伸率的及改善合金低温性能作用;添加mg(镁)具有减轻钛合金比重和强化性能作用;添加zn(锌)有细化钛合金晶粒作用;添加的cr(铬)和fe(铁)有提高钛合金抗拉强度和高温抗氧化性。该合金中的c,n,h,o均以杂质形式出现,其中的c和o的百分比成分均比国标高点是为了进一步提高钛合金强度指标。

该钛合金抗拉强度rm/mpa≥943,规定残余伸长应力rρ0.2/mpa≥869,伸长率a5(%)≥13.0,断面收缩率z(%)≥32,工作温度-130~580℃。

实施例一

所述钛合金组份按重量百分比计包括:

以铝为主体的复合组份,该以铝为主体的复合组份按重量百分比计包括:cu,0.055-0.06%;mg,0.055-0.06%;cr,0.05%;zn,0.06%;al,2.5%;然后再添加如下合金元素,经二次自耗熔炼出低成本钛合金铸锭,再经压力加工即可成型:

fe,2.5-2.8%;

c,≤0.1%;

n,≤0.05%;

h,≤0.015%;

o,≤0.2%;

ti,余量。

该钛合金抗拉强度rm/mpa≥955,规定残余伸长应力rρ0.2/mpa≥871,伸长率a5(%)≥13.5,断面收缩率z(%)≥35,工作温度-120~576℃。

实施方式二

所述钛合金组份按重量百分比计包括:

以铝为主体的复合组份,该以铝为主体的复合组份按重量百分比计包括:cu,0.06%;mg,0.06%;cr,0.05%;zn,0.06%;al,3.0%;然后再添加如下合金元素,经二次自耗熔炼出低成本钛合金铸锭,再经压力加工即可成型:

fe,2.6-2.6%;

c,0.1%;

n,0.05%;

h,0.015%;

o,0.2%;

ti,余量。

该钛合金抗拉强度rm/mpa≥968,规定残余伸长应力rρ0.2/mpa≥886,伸长率a5(%)≥15.2,断面收缩率z(%)≥39.3,工作温度-122~577℃。

实施方式三

所述钛合金组份按重量百分比计包括:

以铝为主体的复合组份,该以铝为主体的复合组份按重量百分比计包括:cu,0.06%;mg,0.06%;cr,0.05%;zn,0.06%;al,3.2%;然后再添加如下合金元素,经二次真空自耗熔炼出低成本钛合金铸锭,再经压力加工即可成型;

fe,2.6%;

c,0.1%;

n,0.05%;

h,0.015%;

o,0.2%;

ti,余量。

该钛合金抗拉强度rm/mpa≥970,规定残余伸长应力rρ0.2/mpa≥825,伸长率a5(%)≥14.5,断面收缩率z(%)≥42.6,工作温度-126~570℃。

实施方式四

所述钛合金组份按重量百分比计包括:

以铝为主体的复合组份,该以铝为主体的复合组份按重量百分比计包括:cu,0.06%;mg,0.06%;cr,0.05%;zn,0.06%;al,3.1%;然后再添加如下合金元素,经二次真空自耗熔炼出低成本钛合金铸锭,再经压力加工即可成型。

fe,2.55%;

c,0.1%;

n,0.05%;

h,0.015%;

o,0.2%;

ti,余量。

该钛合金抗拉强度rm/mpa≥980,规定残余伸长应力rρ0.2/mpa≥885,伸长率a5(%)≥15.6,断面收缩率z(%)≥45,工作温度-126~579℃。

实施方式五

所述钛合金组份按重量百分比计包括:

以铝为主体的复合组份,该以铝为主体的复合组份按重量百分比计包括:cu,0.06%;mg,0.06%;cr,0.05%;zn,0.06%;al,3.3%,然后再添加如下合金元素,经二次真空自耗熔炼出低成本钛合金铸锭,再经压力加工即可成型。

fe,2.6%;

c,0.1%;

n,0.05%;

h,0.015%;

o,0.2%;

ti,余量。

该钛合金抗拉强度rm/mpa≥995,规定残余伸长应力rρ0.2/mpa≥880,伸长率a5(%)≥16.2,断面收缩率z(%)≥41.6,工作温度-128~579℃。

实施方式六

所述钛合金组份按重量百分比计包括:

以铝为主体的复合组份,该以铝为主体的复合组份按重量百分比计包括:cu,0.06%;mg,0.06%;cr,0.05%;zn,0.06%;al,3.4%;然后再添加如下合金元素,经二次真空自耗熔炼出低成本钛合金铸锭,再经压力加工即可成型:

fe,2.6%;

c,0.1%;

n,0.05%;

h,0.015%;

o,0.2%;

ti,余量。

该钛合金抗拉强度rm/mpa≥989,规定残余伸长应力rρ0.2/mpa≥876,伸长率a5(%)≥15.8,断面收缩率z(%)≥43,工作温度-130~580℃。

实施方式七

所述钛合金组份按重量百分比计包括:

以铝为主体的复合组份,该以铝为主体的复合组份按重量百分比计包括:cu,0.06%;mg,0.06%;cr,0.05%;zn,0.06%;al,3.5%;然后再添加如下合金元素,经二次真空自耗熔炼出低成本钛合金铸锭,再经压力加工即可成型:

fe,2.5%;

c,0.1%;

n,0.05%;

h,0.015%;

o,0.2%;

ti,余量。

该钛合金抗拉强度rm/mpa≥989,规定残余伸长应力rρ0.2/mpa≥876,伸长率a5(%)≥15.8,断面收缩率z(%)≥43,工作温度-130~580℃。

相较于现有技术,本发明的钛合金通过按特定比例添铝、铁等微量元素组合,替换原tc4钛合中的钒,上述添加元素价格低,极大程度的降低钛合金的成本;而且上述元素组合添加后省去了钒的使用后,该钛合金抗拉强度rm/mpa≥943,规定残余伸长应力/rρ0.2/mpa≥869,伸长率a5(%)≥13.0,断面收缩率z(%)≥32,工作温度-130~580℃,综合性能优于使用量很大的tc4钛合金性能。

以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

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