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一種鈦合金及熱處理工藝.pdf

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一種 鈦合金 熱處理 工藝
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摘要
申請專利號:

CN201210343128.9

申請日:

2012.09.14

公開號:

CN103667788A

公開日:

2014.03.26

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):C22C 14/00申請日:20120914|||公開
IPC分類號: C22C14/00; C22F1/18 主分類號: C22C14/00
申請人: 北京工業大學
發明人: 李伯龍; 劉桐; 曹文全; 李紅梅; 袁杰; 聶祚仁
地址: 100124 北京市朝陽區平樂園100號
優先權:
專利代理機構: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203 代理人: 張慧
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210343128.9

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2016.12.21|||2014.04.23|||2014.03.26

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種鈦合金及熱處理工藝,鈦合金技術領域。合金中各組分質量含量:Fe含量為3~7%,Al含量為3~5%,C含量為0.01~0.02%,余量為Ti和不可避免的雜質。熱處理包括固溶處理和時效處理,固溶處理的溫度為820℃~950℃,時間為40-60分鐘,水冷;時效處理的溫度為450℃~550℃,時間為4-6小時,空冷。本發明合金中不含有昂貴的鉬、釩等合金元素,降低了合金成本,經過固溶時效熱處理工藝,進一步提高其綜合性能。

權利要求書

權利要求書
1.  一種鈦合金,其特征在于,合金中各合金組分及其重量百分比為:Fe含量為3~7%,Al含量為3~5%,C含量為0.01~0.02%,余量為Ti和不可避免的雜質。

2.  權利要求1所述的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820℃~950℃,時間為40-60分鐘,水冷;時效處理的溫度為450℃~550℃,時間為4-6小時,空冷。

3.  權利要求2所述的熱處理工藝,其特征在于,固溶時間為40分鐘,時效時間為4小時。

說明書

說明書一種鈦合金及熱處理工藝
技術領域
本發明屬于鈦合金技術領域,具體涉及一種低成本高強度鈦合金及熱處理工藝,具體以鐵、鋁為主合金化元素的低成本高強度鈦合金及熱處理工藝。
背景技術
鈦及鈦合金的優異綜合性能,在航空航天等領域得到廣泛應用,然而與鋁合金、鋼鐵材料相比,高的成本限制了鈦合金的更廣泛應用,尤其是民用領域,為推廣鈦合金的應用,有必要開展低成本鈦合金及其制備技術研究。在造成鈦合金相對較高的成本因素當中,真空熔煉及加工占總成本的60%,原材料占40%,使用廉價的合金元素進行鈦合金成分設計可以有效的降低鈦合金的成本。
在廉價的合金元素中,鐵元素是最常見、應用最為廣泛元素之一,并且鐵元素在鈦合金中是一種很好的β相穩定元素。在鈦合金中加入一定量的鐵,能夠降低相變點,穩定β相,提高材料的冷熱加工能力,在很多鈦合金中得到了應用。比如航空用TB6合金中加入2%(質量分數)的鐵,能夠提高熱成形能力,非常適合等溫鍛造和超塑成型工藝。
可用工業純鐵、碳鋼、鑄鐵作為中間合金實現鈦合金中鐵元素以及微量碳元素的添加,并加入一定量鋁元素進一步提高鈦合金的強度。實驗證明一定量的鐵元素在鈦合金中具有非常好的強化作用。
發明內容
本發明的目的在于提供一種以鐵、鋁為主合金化元素的低成本高強度鈦合金及合金熱處理工藝,即合金獲得最佳綜合性能的熱處理溫度及時間。
本發明的一種鈦合金,其特征在于,合金中各合金組分及其重量百分比為:Fe含量為3~7%,Al含量為3~5%,C含量為0.01~0.02%,余量為Ti和不可避免的雜質。
本發明所提供的熱處理工藝,其特征在于,熱處理包括固溶處理和時效處理,固溶處理(WQ)的溫度為820℃~950℃,時間為40-60分鐘(優選40分鐘),水冷;時效處理(AC)的溫度為450℃~550℃,時間為4-6小時(優選4小時), 空冷。
本發明的一種鈦合金按照常規的熔煉工藝制備。
本發明的優點是:與常用的鈦合金相比,合金中不含有昂貴的鉬、釩等合金元素,降低了合金的原材料成本,并推薦該低成本高強度合金固溶時效熱處理工藝,進一步提高其綜合性能,可作為今后該成分熱處理設計的有效依據,使合金具有優異的綜合力學性能,在工程領域具有廣闊的應用前景。
附圖說明
圖1實施例1Ti-5Fe-3Al-0.02C合金棒材經過560℃/1h/AC熱處理后室溫拉伸曲線;
圖2實施例1i-5Fe-3Al-0.02C合金棒材經過840℃/40min/WQ+475℃/4h/AC熱處理后室溫拉伸曲線;
圖3實施例2Ti-3Fe-5Al-0.01C合金棒材經過600℃/1h/AC熱處理后室溫拉伸曲線;
圖4實施例2Ti-3Fe-5Al-0.01C合金棒材經過940℃/40min/WQ+500℃/4h/AC熱處理后室溫拉伸曲線。
具體實施方式
下面作進一步詳細說明,低成本高強度鈦合金特征在于:該合金重量百分比組成為:Fe含量為3~7%,Al含量為3~5%,C含量為0.01~0.02%,余量為Ti和不可避免的雜質。
低成本Ti-Fe-Al-C鈦合金的制備:將0級海綿鈦、99.3%的工業純鐵、99.5%的工業純Al、工業45碳鋼中間合金混合,并滿足成分要求,在壓力機上壓制成塊。壓塊在5KG真空懸浮感應爐上熔煉,熔煉溫度為1700℃~1850℃,獲得鈦合金鑄錠,將鈦合金去皮、去頭尾,經開坯鍛造、最終鍛造成棒材、板材。開坯加熱溫度在950℃~1050℃之間,最終精鍛溫度在800℃~900℃之間。
實施例1
按名義成分Ti-5Fe-3Al-0.02C(重量百分比,%)配制合金原料,原材料使用0級海綿鈦、99.3%的工業純鐵、99.5%的工業純Al、工業45鋼中間合金。混料后在200噸液壓機上壓制成塊,用5KG真空懸浮感應爐熔煉兩次獲得合金鑄錠,鑄錠經扒皮處理后,涂抹玻璃防護潤滑劑,防止合金高溫氧化。在980℃開坯鍛造,隨后在850℃下進行多火次墩拔以細化組織,最后鍛成φ25mm的棒材。棒材經過560℃/1h/AC熱處理后,室溫拉伸性能:抗拉強度σb=1104.06MPa,屈服強度σ0.2=952,延伸率δ=13%。(如附圖1說明)
棒材經840℃/40min/WQ+475℃/4h/AC和860℃/40min/WQ+500℃/4h/AC固溶時效處理后,獲得的力學性能典型值為:抗拉強度≥1250MPa,屈服強度≥970MPa,延伸率≥5%。(如附圖2說明)
實施例2
按名義成分Ti-3Fe-5Al-0.01C(重量百分比,%)配制合金原料,原材料使用0級海綿鈦、99.3%的工業純鐵、99.5%的工業純Al。混料后200噸液壓機上壓制成塊,用5KG真空懸浮感應爐熔煉兩次獲得合金鑄錠。鑄錠經扒皮處理后,涂抹玻璃防護潤滑劑,防止合金高溫氧化。在980℃開坯鍛造,隨后在850℃下進行多火次墩拔以細化組織,最后鍛成φ25mm的棒材。棒材經過600℃/1h/AC熱處理后,室溫拉伸性能:抗拉強度σb=1119MPa,屈服強度σ0.2=954,延伸率δ=16%。(如附圖3說明)
棒材經940℃/40min/WQ+500℃/4h/AC和900℃/40min/WQ+500℃/4h/AC固溶時效處理后,獲得的力學性能典型值為:抗拉強度≥1070MPa,屈服強度≥930MPa,延伸率≥6%。(如附圖4說明)
實施例3~實施例6的合金名義成分參見表1。
Fe:2~7%;Al:3~5%;C:0.01~0.02%;余量為Ti及不可避免雜質。
表1

上述實施例合金制備過程與實施例1和實施例2類似,實施例3~6合金被鍛造成φ15mm的棒材,經過500℃~650℃/1h/AC的熱處理后獲得的力學性能典型值為:抗拉強度≥900MPa,屈服強度≥830MPa,延伸率≥9%。
實施例3~6合金經(820℃~950℃)/1h/WQ+(450℃~550℃)/4h/AC熱處理后獲得力學性能典型值為:抗拉強度≥1000MPa,屈服強度≥900MPa,延伸率≥6%。

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