一種鈦合金及熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】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(fā)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(jīng)過固溶時效熱處理工藝，進一步提高其綜合性能。
【專利說明】一種鈦合金及熱處理工藝
【技術領域】
[0001]本發(fā)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】
[0002]鈦及鈦合金的優(yōu)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。
[0003]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(wěn)定兀素。在鈦合金中加入一定量的鐵，能夠降低相變點，穩(wěn)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ΤΒ6合金中加入2% (質量分數(shù))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。
[0004]可用工業(yè)純鐵、碳鋼、鑄鐵作為中間合金實現(xiàn)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(fā)明內容】

[0005]本發(fā)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。
[0006]本發(fā)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。
[0007]本發(fā)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°C~950°C，時間為40-60分鐘(優(yōu)選40分鐘)，水冷；時效處理(AC)的溫度為450 V~550 V，時間為4-6小時(優(yōu)選4小時)，空冷。
[0008]本發(fā)明的一種鈦合金按照常規(guī)的熔煉工藝制備。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點是:與常用的鈦合金相比，合金中不含有昂貴的鑰、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(jù)，使合金具有優(yōu)異的綜合力學性能，在工程領域具有廣闊的應用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1實施例lT1-5Fe-3Al-0.02C合金棒材經(jīng)過560°C /lh/AC熱處理后室溫拉伸曲線.[0011]圖2 實施例 l1-5Fe-3Al-0.02C 合金棒材經(jīng)過 840°C /40min/WQ+475°C /4h/AC 熱處理后室溫拉伸曲線；
[0012]圖3實施例2T1-3Fe-5Al_0.01(:合金棒材經(jīng)過6001: /lh/AC熱處理后室溫拉伸曲線.[0013]圖4 實施例 2T1-3Fe-5Al-0.01C 合金棒材經(jīng)過 940°C /40min/WQ+500°C /4h/AC 熱處理后室溫拉伸曲線。
【具體實施方式】
[0014]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。
[0015]低成本T1-Fe-Al-C鈦合金的制備:將O級海綿鈦、99.3%的工業(yè)純鐵、99.5%的工業(yè)純Al、工業(yè)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170(TC~1850°C，獲得鈦合金鑄錠，將鈦合金去皮、去頭尾，經(jīng)開坯鍛造、最終鍛造成棒材、板材。開坯加熱溫度在950°C~1050°C之間，最終精鍛溫度在800°C~900°C之間。 [0016]實施例1
[0017]按名義成分T1-5Fe-3Al_0.02C(重量百分比，%)配制合金原料，原材料使用O級海綿鈦、99.3%的工業(yè)純鐵、99.5%的工業(yè)純Al、工業(yè)45鋼中間合金?；炝虾笤?00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(jīng)扒皮處理后，涂抹玻璃防護潤滑劑，防止合金高溫氧化。在980°C開坯鍛造，隨后在850°C下進行多火次墩拔以細化組織，最后鍛成Φ25ι?πι的棒材。棒材經(jīng)過560 °C /lh/AC熱處理后,室溫拉伸性能:抗拉強度Qb=I 104.06MPa,屈服強度σ 0 2=952，延伸率δ =13%。(如附圖1說明)
[0018]棒材經(jīng)840 V /40min/WQ+475 V /4h/AC 和 860 V /40min/WQ+500 V /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)
[0019]實施例2
[0020]按名義成分T1-3Fe-5Al_0.01C(重量百分比，％)配制合金原料，原材料使用O級海綿鈦、99.3%的工業(yè)純鐵、99.5%的工業(yè)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(jīng)扒皮處理后，涂抹玻璃防護潤滑劑，防止合金高溫氧化。在980°C開坯鍛造，隨后在850°C下進行多火次墩拔以細化組織，最后鍛成Φ25πιπι的棒材。棒材經(jīng)過600°C/lh/AC熱處理后，室溫拉伸性能:抗拉強度ob=1119MPa，屈服強度σα2=954，延伸率δ=16%。(如附圖3說明)
[0021 ]棒材經(jīng) 940 V /40min/WQ+500 V /4h/AC 和 900 V /40min/WQ+500 V /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)
[0022]實施例3~實施例6的合金名義成分參見表1。
[0023]Fe:2~7% ；A1:3~5% ；C:0.01~0.02% ;余量為Ti及不可避免雜質。
[0024]表1[0025]
【權利要求】
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°C~950°C，時間為40-60分鐘，水冷；時效處理的溫度為450°C~ 550°C，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。
【文檔編號】C22C14/00GK103667788SQ201210343128
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月14日 優(yōu)先權日:2012年9月14日
【發(fā)明者】李伯龍, 劉桐, 曹文全, 李紅梅, 袁杰, 聶祚仁 申請人:北京工業(yè)大學