專利名稱：新型β鈦合金產(chǎn)品、熔煉方法及熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及Ti-5Al-4Sn-2Zr-4Mo-2Cr-1Fe系新型β鈦合金產(chǎn)品、熔煉方法及熱處理工藝。
背景技術(shù)：
β鈦合金通常是在純鈦中加入總量大于17％的β穩(wěn)定元素，通過熱處理后，得到單相的β固溶體。β型鈦合金包括熱力學(xué)穩(wěn)定β型合金及亞穩(wěn)定β型鈦合金兩種。目前前者只作為耐蝕材料使用，而作為結(jié)構(gòu)材料則主要應(yīng)用于亞穩(wěn)定β合金。β型鈦合金由于高強(qiáng)度，加工性能好，故在航天、航空工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、汽車工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。在醫(yī)學(xué)及日常用品領(lǐng)域中也大量使用。
我國β型合金有TB1(Ti-3Al-8Mo-11Cr)、TB2(Ti-3Al-5Mo-5v-8Cr)等，材料牌號少，已不能適應(yīng)對鈦合金產(chǎn)品的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的的目的在于發(fā)明一種配方為Ti-5Al-4Sn-2Zr-4Mo-2Cr-1Fe系新型β型鈦合金，讓其能夠?qū)崿F(xiàn)室溫下的壓力加工，又具有優(yōu)良的力學(xué)性能。
技術(shù)方案新型β鈦合金成分范圍是Ti-5Al-4Sn-2Zr-4Mo-2Cr-1Fe，則β鈦合金的具體成份Al為4.0～6.0％、Sn為3.5～4.5％、Zr為1.5～2.5％、Mo為3.5～4.5％、Cr為1.5～2.5％、Fe為0.8～1.2％、Ti為余量。
新型β鈦合金熔煉方法或者熔煉工藝采用真空至少二次重熔后鑄造為鈦合金錠，具體如下①.預(yù)先制備中間合金Ti-Zr、Ti-Mo、Ti-Cr，其中Ti-Zr中間合金的成分為Ti 64.3％，Zr 35.7％；Ti-Mo中間合金的成分為Ti 79.5％、Mo 20.5％；Ti-Cr中間合金的成分為Ti 63.8％，Cr 36.2％；②.將海綿鈦與中間合金、添加金屬混合，其中Ti-Zr中間合金按4％～6％加入；中間合金Ti-Mo按17％～21％加入；中間合金Ti-Zr按4％～7％加入；金屬Al按4.0～6.0％加入；金屬Sn按3.5～4.5％加入；金屬Fe按0.8～1.2％加入，以滿足合金的成分要求為準(zhǔn)，在壓力機(jī)上壓制成電極；③.電極在真空自耗電弧爐熔煉，熔煉溫度為1730℃-1950℃；④.結(jié)晶后獲得第一次鈦合金錠；
⑤.把第一次鈦合金錠作為自耗電極，再做一次真空自耗電弧爐熔煉，熔煉溫度為1730℃-1870℃；⑥.獲得成品鈦合金錠；⑦.鈦合金錠經(jīng)分析檢測，確認(rèn)是Ti-5Al-4Sn-2Zr-4Mo-2Cr-1Fe系新型β鈦合金后；⑧.再將鈦合金錠去皮、去頭尾，經(jīng)鍛造后成棒材，入庫。
上述工藝⑦中，獲得成品鈦合金錠，經(jīng)分析檢測，確認(rèn)不是Ti-5Al-4Sn-2Zr-4Mo-2Cr-1Fe系新型β鈦合金時，還需繼續(xù)以該鈦合金錠為電極，再次進(jìn)行一次或者多次真空自耗電弧爐熔煉，最終獲得成品鈦合金錠，在確認(rèn)是Ti-5Al-4Sn-2Zr-4Mo-2Cr-1Fe系新型β鈦合金后，才能將鈦合金錠去皮、去頭尾，經(jīng)鍛造后成棒材，入庫。
新型β鈦合金的熱處理工藝，其特征在于熱處理包括固溶處理和時效處理，固溶處理的溫度為800℃～850℃，時間為15～40分鐘，水冷；時效處理的溫度為600℃～750℃，時間為≥8小時，風(fēng)冷。所述的固溶處理和時效處理最好在真空或微氧化狀態(tài)進(jìn)行。
本發(fā)明該β型鈦合金成分為Ti-5Al-4Sn-2Zr-4Mo-2Cr-1Fe，該β鈦合金特征在于采用了Ti-5Al-4Sn-2Zr-4Mo-2Cr-1Fe多元素共同作用的合金化成分。其中Mo、Cr在β鈦合金中無限互溶，又是穩(wěn)定β相元素；Sn和Zr為中性元素，主要起固溶強(qiáng)化使用，并抑制合金中ω相的析出；Zr與Fe形成的ZrFe2相會使合金得輔助強(qiáng)化。
采用真空二次(多次)重熔后鑄造成合金錠，經(jīng)過開坯后，通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?固溶處理)，可以使此合金的具有良好的塑性指標(biāo)。
更為可貴的是此合金通過時效處理后，再通過熱處理工藝(時效處理)可以提高合金的強(qiáng)度。在室溫下可以獲得很好的塑性指標(biāo)(δ＝20％、ψ％＝40％)，從而在室溫下下可以實現(xiàn)軋制、拉拔等冷加工，為合金的加工成型提供了方便；對于加工好的合金產(chǎn)品，又可以通過時效處理的方式來提高其強(qiáng)度指標(biāo)(σb＝1231Mpa)，遠(yuǎn)高于碳素結(jié)構(gòu)鋼及普通不銹鋼。因為此鈦合金的比重較小(4.75，約為不銹鋼的60％)。
本發(fā)明亞穩(wěn)定型β鈦合金在固溶狀態(tài)，具有良好的加工塑性，便于加工成型，經(jīng)過時效處理后又可獲得很高的強(qiáng)度性能指標(biāo)，因其比強(qiáng)度很高，具有廣闊的應(yīng)用全景。


圖1～14為本發(fā)明新型β鈦合金在通過890℃的條件下鍛造開坯后，不同加工率及熱處理狀態(tài)下的金相照片圖，其各個附圖中金相照片的具體的加工及熱處理工藝如表1。
表1為圖1-14中各金相照片的具體加工工藝和熱處理工藝條件

具體實施例方式實施例1β鈦合金專利(5.03kg)制作β型鈦合金，其成分為Ti-5Al-4Sn-2Zr-4Mo-2Cr-1Fe，Al為4.0～6.0％、Sn為3.5～4.5％、Zr為1.5～2.5％、Mo為3.5～4.5％、Cr為1.5～2.5％、Fe為0.8～1.2％、Ti為余量。
采用如下的工藝進(jìn)行1、中間合金制備Ti-Zr成份為Ti64.3％；Zr35.7％；Ti-Mo成份為Ti79.5％；Mo20.5％；Ti-Cr成份為Ti63.8％；Cr36.2％；2、海綿鈦加相應(yīng)的中間合金、金屬，海綿鈦與中間合金的配比為海綿鈦加入3.01千克；Ti-Zr按4％～6％加入中間合金0.28千克；Ti-Mo按17％～21％加入中間合金0.96千克；Ti-Cr按4％～7％加入中間合金0.28千克；海綿鈦與金屬的配比為Al按4.0～6.0％加入0.25千克；Sn按3.5～4.5％加入0.20千克；Fe按0.8～1.2％加入0.05千克，在壓力機(jī)上壓制成電極。
3、經(jīng)真空自耗電弧爐(實驗型爐，型號為ZH-50)熔煉，熔煉溫度為1780℃-1950℃，4、在結(jié)晶器獲得一次鑄錠；5、由一次鑄錠作為自耗電極；6、再一次真空自耗熔煉成成品鈦合金錠；熔煉溫度為1730℃-1870℃；7、合金成分析檢測；8、鈦合金錠去皮去頭、尾→進(jìn)行鍛造→鍛造成棒材→進(jìn)行機(jī)械加工→加工成拉伸試樣。
Ti-5Al-4Sn-2Zr-4Mo-2Cr-1Fe系新型β鈦合金鍛造時采用35％的變形量，經(jīng)過表2的熱處理工藝，其力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)到了表3的指標(biāo)，在保證很高的強(qiáng)度性能的前提下，仍然具有好的塑性。
表2 熱處理具體工藝參數(shù)

表3 性能指標(biāo)

Ti-5Al-4Sn-2Zr-4Mo-2Cr-1Fe系新型β鈦合金鍛造時采用72％的變形量％，經(jīng)過表2的熱處理工藝，其力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)到了表4的指標(biāo)，在保證很高的強(qiáng)度性能的前提下，仍然具有好的塑性。
表4 性能指標(biāo)

Ti-5Al-4Sn-2Zr-4Mo-2Cr-1Fe系新型β鈦合金鍛造時采用72％的變形量％，經(jīng)過表2的熱處理工藝，其力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)到了表5的指標(biāo)，在保證很高的強(qiáng)度性能的前提下，仍然具有好的塑性。
表5 性能指標(biāo)

以上都對壓力加工、熱處理工藝作了全面的金相分析，對所有力學(xué)性能試樣作了SEM斷口分析，證明組織與斷口形貌均正常符合要求。該合金適用于眼鏡架材料等民用產(chǎn)品的生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種新型β鈦合金，其特征在于新型β鈦合金成分范圍是Ti-5Al-4Sn-2Zr-4Mo-2Cr-1Fe，則β鈦合金的具體成份Al為4.0～6.0％、Sn為3.5～4.5％、Zr為1.5～2.5％、Mo為3.5～4.5％、Cr為1.5～2.5％、Fe為0.8～1.2％、Ti為余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型β鈦合金熔煉方法，其特征在于熔煉工藝采用真空至少二次重熔后鑄造為鈦合金錠，具體如下①.預(yù)先制備中間合金Ti-Zr、Ti-Mo、Ti-Cr，其中Ti-Zr中間合金的成分為Ti 64.3％，Zr 35.7％；Ti-Mo中間合金的成分為Ti 79.5％、Mo 20.5％；Ti-Cr中間合金的成分為Ti 63.8％，Cr 36.2％；②.將海綿鈦與中間合金、添加金屬混合，其中Ti-Zr中間合金按4％～6％加入；中間合金Ti-Mo按17％～21％加入；中間合金Ti-Zr按4％～7％加入；金屬Al按4.0～6.0％加入；金屬Sn按3.5～4.5％加入；金屬Fe按0.8～1.2％加入，以滿足合金的成分要求為準(zhǔn)，在壓力機(jī)上壓制成電極；③.電極在真空自耗電弧爐熔煉，熔煉溫度為1730℃-1950℃；④.結(jié)晶后獲得第一次鈦合金錠；⑤.把第一次鈦合金錠作為自耗電極，再做一次真空自耗電弧爐熔煉，熔煉溫度為1730℃-1870℃；⑥.獲得成品鈦合金錠；⑦.鈦合金錠經(jīng)分析檢測，確認(rèn)是Ti-5Al-4Sn-2Zr-4Mo-2Cr-1Fe系新型β鈦合金后；⑧.再將β鈦合金錠去皮、去頭尾，經(jīng)鍛造后成棒材，入庫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型β鈦合金熔煉方法，其特征在于上述工藝⑦中，獲得成品鈦合金錠，經(jīng)分析檢測，確認(rèn)不是Ti-5Al-4Sn-2Zr-4Mo-2Cr-1Fe系新型β鈦合金時，還需繼續(xù)以該鈦合金錠為電極，再次進(jìn)行-次或者多次真空自耗電弧爐熔煉，最終獲得成品鈦合金錠，在確認(rèn)是Ti-5Al-4Sn-2Zr-4Mo-2Cr-1Fe系新型β鈦合金后，才能將β鈦合金錠去皮、去頭尾，經(jīng)鍛造后成棒材，入庫。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的新型β鈦合金的熱處理工藝，其特征在于熱處理包括固溶處理和時效處理，固溶處理的溫度為800℃～850℃，時間為15～40分鐘，水冷；時效處理的溫度為600℃～750℃，時間為≥8小時，風(fēng)冷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型β鈦合金的熱處理工藝，其特征在于所述的固溶處理和時效處理最好在真空或微氧化狀態(tài)進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明所涉及Ti－5Al－4Sn－2Zr－4Mo－2Cr－1Fe系新型β鈦合金產(chǎn)品、熔煉方法及熱處理工藝。則β鈦合金的具體成份Al為4.0～6.0％、Sn為3.5～4.5％、Zr為1.5～2.5％、Mo為3.5～4.5％、Cr為1.5～2.5％、Fe為0.8～1.2％、Ti為余量。β鈦合金產(chǎn)品采用真空二次(多次)重熔后鑄造成合金錠，經(jīng)過開坯后，通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?固溶處理)，可以使此合金的具有良好的塑性指標(biāo)。本發(fā)明亞穩(wěn)定型β鈦合金在固溶狀態(tài)，具有良好的加工塑性，便于加工成型，經(jīng)過時效處理后又可獲得很高的強(qiáng)度性能指標(biāo)，因其比強(qiáng)度很高，具有廣闊的應(yīng)用全景。
文檔編號C22F1/18GK1932058SQ20061001107
公開日2007年3月21日 申請日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月27日
發(fā)明者雷霆, 周林, 吳敬梓, 亢若谷, 張玉林, 陳昆, 方樹銘, 童學(xué)斌, 李皓 申請人:昆明冶金研究院, 云南冶金集團(tuán)總公司技術(shù)中心