CN105671366B - 一种高强高硬合金的制备方法 - Google Patents

一种高强高硬合金的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105671366B
CN105671366B CN201610247237.9A CN201610247237A CN105671366B CN 105671366 B CN105671366 B CN 105671366B CN 201610247237 A CN201610247237 A CN 201610247237A CN 105671366 B CN105671366 B CN 105671366B
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
strength
preparation
titanium alloy
titanium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610247237.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105671366A (zh
Inventor
韩颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenyang University of Technology
Original Assignee
Shenyang University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenyang University of Technology filed Critical Shenyang University of Technology
Priority to CN201610247237.9A priority Critical patent/CN105671366B/zh
Publication of CN105671366A publication Critical patent/CN105671366A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105671366B publication Critical patent/CN105671366B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明涉及高强度钛合金制备领域，具体为一种高强高硬合金的制备方法。该制备方法适用于Ti‑Al‑Mo‑V‑Cr‑Fe/Zr/Sn系合金，通过对该系合金在相变点上/下轧制变形处理，随后对其进行两步热处理，最终获得抗拉强度为1500～1900MPa，延伸率为0.5～10％，洛氏硬度(HRC)为45～56的高强高硬钛合金。本发明可在高抗腐蚀性、高强度钛合金材料领域获得广泛应用，如：钛合金高强耐蚀刀具、高强度耐蚀弹簧、各种类型承重件等。

Description

一种高强高硬合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及高强度钛合金制备领域，具体为一种高强高硬合金的制备方法，该方法适用于Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe/Zr/Sn系合金超高强度构件制备。
背景技术：
钛合金具有高强度、低密度、比强度高、生物相容性好等优点，在医疗航天领域具有广泛的应用。近几年来，随着世界航空工业的进步与发展，无论军事方面还是民用方面，对飞机的比重有了进一步的要求。因此，作为密度适中，强度较高的高比强度材料的钛合金，在各类航空器上得到的应用日益广泛。随着钛合金的不断发展，具有各种特质的新型钛合金不断被开发及应用到各个方面。根据合金元素和杂质对钛的β转变温度的影响，可以将钛合金分为三类：α型钛合金、β型钛合金及α+β型钛合金，其中β型钛合金是制备高强度钛合金的最佳选择。
在过去几十年，亚稳态β合金的重要性逐步提高。这些合金经强化后，可以获得1400MPa左右的高强度水平。这类合金所具有的复杂显微组织可以使设计者获得最佳的高强度和高韧性的配合。这类合金主要包括Ti-15-3，β21S，β-C，Ti1023和VT22等合金。其中Ti-15-3可以在室温下变形加工成箔材；β21S是专门开发的一种抗氧化薄膜合金，被用作长纤维增强钛合金的基体；TIMETAL LCB是一种低成本β合金(LCB＝low cost β，低成本β)，应用于除航空部门以外的其它领域如汽车工业等；法国研制的β-CEZ合金应用于燃气涡轮发动机中的中温零件；日本的SP700合金由于具有非常细小的双态组织，因此即使当温度降至700℃时仍然具有优异的超塑性。
但是到目前为止，已报到的高强度钛合金大都集中在强度1400MPa左右，而目前在高强刀具、航空航天及舰船领域对钛合金的强度、抗腐蚀性及塑性提出了更高的要求。
发明内容：
本发明目的是提供一种高强高硬合金的制备方法，该方法适用于Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe/Zr/Sn系合金，可广泛应用于高抗腐蚀性、高强度钛合金材料领域，如：钛合金高强耐蚀刀具、高强度耐蚀弹簧、各种类型承重件制备等。
本发明的技术方案：
一种高强高硬合金的制备方法，该制备方法适用于Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe/Zr/Sn系合金，通过对该系合金在相变点上/下轧制变形处理，随后对其进行两步热处理，最终获得所述高强高硬钛合金。
所述的高强高硬合金的制备方法，Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe/Zr/Sn系合金成分范围为：Al为5～8wt％，Mo为0～6wt％，V为4～15％，Cr为0～6wt％，Fe/Zr/Sn为0～3wt％，杂质含量(O+N+H)为0.1～0.5wt％，余量为Ti。
所述的高强高硬合金的制备方法，Zr含量优选为0.9～1.2wt％，Sn含量优选为0.9～1.2wt％。
所述的高强高硬合金的制备方法，轧制变形处理时，轧制变形温度为相变点上/下10℃～30℃，轧制次数为1～3次，变形量应高于50％。
所述的高强高硬合金的制备方法，两步热处理时，首先在600～900℃之间进行去应力退火，保温时间为0.5～6h，冷却速度为5～15℃/min；随后在350～550℃之间热处理4～72h，冷却速度为5～15℃/min。
所述的高强高硬合金的制备方法，高强高硬合金力学性能为：抗拉强度为1500～1900MPa，延伸率为0.5～10％，洛氏硬度为45～56。
本发明的优点及有益效果如下：
1、本发明针对Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe/Zr/Sn系合金，提出制备高强高硬钛合金的方法，通过轧制处理并结合两步热处理，可以获得抗拉强度为1500～1900MPa，延伸率为0.5～10％，洛氏硬度(HRC)为45～56的高强高硬钛合金，其高强度、硬度以及良好塑性的匹配远高于已报道的钛合金，可在高抗腐蚀性、高强度钛合金材料领域获得广泛应用。
2、本发明制备的高强高硬钛合金可以应用于各种需要高强度材料的部位，如：高强耐蚀刀具、各种类型承重件、高强度耐蚀弹簧、各类航空器起落架等。
3、与文献(专利名称：一种超高强度钛合金，公开号CN101451206A)相比，本发明的区别特点、设计思想在于：1、增加了合金元素Zr、Sn，提高了合金的beta稳定性，进一步促进了合金在时效过程的alpha相析出能力，促使合金强度、硬度近一步提高；2、扩大了合金杂质元素的选择范围(O+N+H为0.1～0.5wt％)，通过间隙强化作用，近一步提高强度；3、优化了合金热处理工艺，与常规beta合金时效处理不同，选择在较低温度时效(<500℃)，通过控制时效温度和时间，调整alpha+omega组织含量，保证合金强度和塑性的最佳匹配。从而，通过以上创新性调整，使合金强度为1600～1900MPa，显著高于专利CN101451206A所报道的1400MPa级水平。
具体实施方式：
在具体实施过程中，本发明高强高硬合金的制备方法，通过对该系合金在相变点上/下轧制变形处理，随后对其进行两步热处理，最终获得所述高强高硬钛合金。
该制备方法适用于Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe/Zr/Sn系合金，适用合金系成分范围如下：Al为5～8wt％，Mo为0～6wt％(优选4.5～5.5wt％)，V为4～15wt％(优选4.5～5.5wt％)，Cr为0～6wt％(优选2～4wt％)，Fe/Zr/Sn是指Fe、Zr、Sn之一种或两种以上，并且Fe或Zr或Sn分别为0～3wt％(优选0.9～1.2wt％)，杂质含量(O+N+H)为0.1～0.5wt％，余量为Ti。
在进行轧制变形处理时，轧制变形温度为相变点上或相变点下10℃～30℃，轧制次数为1～3次，变形量应高于50％。
在进行两步热处理时，首先在600～900℃之间进行去应力退火，保温时间为0.5～6h，冷却速度为5～15℃/min至室温；随后，在350～550℃之间保温时间为4～72h(优选在400～480℃之间保温时间为24～72h)，冷却速度为5～15℃/min至室温，获得高强高硬钛合金，其性能指标如下：抗拉强度为1500～1900MPa，延伸率为0.5～10％，洛氏硬度(HRC)为45～56，其综合力学性能显著优于已报到钛合金。
下面通过实施例进一步详述本发明。
实施例1
针对Ti-5.25Al-5.1Mo-5.3V-2.5Cr-1Fe合金(1#)，调整杂质含量O+N+H总量为0.3～0.45wt％，在相变点以上10℃变形2次，然后在800～820℃热处理2小时，冷却速度为50℃/min，在400～480℃热处理72小时，冷却速度为10℃/min，得到如下力学性能：
表1Ti-5.25Al-5.1Mo-5.3V-2.5Cr-1Fe合金力学性能
由表1可以看出，本发明中所得合金综合力学性能显著优于已报道Ti1023、beta-C等beta钛合金。
实施例2
针对Ti-5.1Al-5.5Mo-4.9V-3.5Cr-0.95Fe(2#)合金，调整杂质含量O+N+H总量为0.4～0.5wt％，在相变点以上10℃变形2次，然后在780～800℃热处理3小时，冷却速度为10～50℃/min；在400～460℃热处理72小时，冷却速度为10～50℃/min，得到如下力学性能：
表2Ti-5.1Al-5.5Mo-4.9V-3.5Cr-0.95Zr合金力学性能
由表2可以看出，本发明中所得合金综合力学性能显著优于已报道Ti1023、beta-C等beta钛合金。
实施例3
针对Ti-5.35Al-4.9Mo-4.9V-3Cr-0.95Zr(3#)合金，调整杂质含量O+N+H总量为0.35～0.5wt％，在相变点以下10℃变形2次，然后在800～820℃热处理2小时，冷却速度为10～50℃/min；在400～450℃热处理48小时，冷却速度为10～50℃/min，得到如下力学性能：
表3Ti-5.35Al-4.9Mo-4.9V-3Cr-0.95Zr合金力学性能
由表3可以看出，本发明中所得合金综合力学性能显著优于已报道Ti1023、beta-C等beta钛合金。
实施例4
针对Ti-5.35Al-4.9Mo-4.9V-3Cr-0.95Zr(4#)合金，调整杂质含量O+N+H总量为0.35～0.50wt％，在相变点以下10℃变形2次，然后在760～780℃热处理2小时，冷却速度为10～50℃/min；在400～470℃热处理4小时，冷却速度为10～50℃/min，得到如下力学性能：
表4Ti-5.35Al-4.9Mo-4.9V-3Cr-0.95Zr合金力学性能
由表4可以看出，本发明中所得合金综合力学性能显著优于已报道Ti1023、beta-C等beta钛合金。
实施例5
针对Ti-5.1Al-5.5Mo-4.9V-3.5Cr-0.95Fe(5#)合金，调整杂质含量O+N+H总量为0.2～0.45wt％，在相变点以下30℃变形2次，然后在820～850℃热处理2小时，冷却速度为10～50℃/min；在430～480℃热处理4小时，冷却速度为10～50℃/min，得到如下力学性能：
表5Ti-5.1Al-5.5Mo-4.9V-3.5Cr-0.95Fe合金力学性能
由表5可以看出，本发明中所得合金综合力学性能显著优于已报道Ti1023、beta-C等beta钛合金。
实施例6
针对Ti-5.3Al-5.0Mo-4.9V-3.5Cr-0.9Sn(6#)合金，调整杂质含量O+N+H总量为0.2～0.5wt％，在相变点以下30℃变形2次，然后在780～800℃热处理4小时，冷却速度为10～50℃/min；在450～480℃热处理24小时，冷却速度为10～50℃/min，得到如下力学性能：
表6Ti-5.3Al-5.0Mo-4.9V-3.5Cr-0.9Sn合金力学性能
由表6可以看出，本发明中所得合金综合力学性能显著优于已报道Ti1023、beta-C等beta钛合金。
实施例7
针对Ti-5.3Al-5.0Mo-4.9V-3.5Cr-0.9Sn-0.9Zr(7#)合金，调整杂质含量O+N+H总量为0.3～0.4wt％，在相变点以下30℃变形2次，然后在800～820℃热处理6小时，冷却速度为20～40℃/min；在470～490℃热处理12小时，冷却速度为20～40℃/min，得到如下力学性能：
表7Ti-5.3Al-5.0Mo-4.9V-3.5Cr-0.9Sn-0.9Zr合金力学性能
由表7可以看出，本发明中所得合金综合力学性能显著优于已报道Ti1023、beta-C等beta钛合金。

Claims (1)

1.一种高强高硬合金的制备方法，其特征在于，该制备方法适用于Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe/Zr/Sn系合金，通过对该系合金在相变点上/下轧制变形处理，随后对其进行两步热处理，最终获得所述高强高硬钛合金；
Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe/Zr/Sn系合金成分范围为：Al为5～8wt%，Mo为4.5～5.5wt%，V为4.5～5.5wt%，Cr为2～4wt%，Fe/Zr/Sn是指Fe、Zr、Sn之一种或两种以上，并且Fe或Zr或Sn分别为0.9～1.2wt%，杂质含量O+N+H为0.3～0.5wt%，余量为Ti；
轧制变形处理时，轧制变形温度为相变点上/下10℃～30℃，轧制次数为1～3次，变形量应高于50%；
两步热处理时，首先在600～900℃之间进行去应力退火，保温时间为0.5～6h，冷却速度为5～15℃/min；随后在400～480℃之间热处理24～72h，冷却速度为5～15℃/min；
高强高硬合金力学性能为：抗拉强度为1764～1900MPa，延伸率为0.5～3%，洛氏硬度为51～56。
CN201610247237.9A 2016-04-20 2016-04-20 一种高强高硬合金的制备方法 Active CN105671366B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610247237.9A CN105671366B (zh) 2016-04-20 2016-04-20 一种高强高硬合金的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610247237.9A CN105671366B (zh) 2016-04-20 2016-04-20 一种高强高硬合金的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105671366A CN105671366A (zh) 2016-06-15
CN105671366B true CN105671366B (zh) 2017-08-25

Family

ID=56215438

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610247237.9A Active CN105671366B (zh) 2016-04-20 2016-04-20 一种高强高硬合金的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105671366B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2681102C2 (ru) * 2017-05-12 2019-03-04 Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ Способ изготовления заготовки из сплава на основе титана для упругих элементов с энергоемкой структурой
RU2681089C2 (ru) * 2017-05-12 2019-03-04 Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ Заготовка из сплава на основе титана для упругих элементов с энергоемкой структурой
CN107217173A (zh) * 2017-05-27 2017-09-29 中国科学院金属研究所 具有高强高塑和良好断裂韧性的钛合金及其制备工艺
US11001909B2 (en) * 2018-05-07 2021-05-11 Ati Properties Llc High strength titanium alloys
US11268179B2 (en) 2018-08-28 2022-03-08 Ati Properties Llc Creep resistant titanium alloys
EP3844316A1 (en) 2018-08-31 2021-07-07 The Boeing Company High strength fastener stock of wrought titanium alloy and method of manufacturing the same
CN112538581A (zh) * 2020-12-02 2021-03-23 西安稀有金属材料研究院有限公司 一种1400MPa级低成本高强钛合金
CN114959362B (zh) * 2022-06-20 2023-03-14 长安大学 一种基于等轴细晶强化的高强高塑激光增材制造钛合金
CN116790939B (zh) * 2023-06-28 2024-01-23 重庆丰利钛新材料科技有限公司 一种两相钛合金及其制备工艺

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101451206A (zh) * 2007-11-30 2009-06-10 中国科学院金属研究所 一种超高强度钛合金
CN101760667A (zh) * 2008-12-23 2010-06-30 北京有色金属研究总院 一种新型高强高韧钛合金

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070102073A1 (en) * 2004-06-10 2007-05-10 Howmet Corporation Near-beta titanium alloy heat treated casting

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101451206A (zh) * 2007-11-30 2009-06-10 中国科学院金属研究所 一种超高强度钛合金
CN101760667A (zh) * 2008-12-23 2010-06-30 北京有色金属研究总院 一种新型高强高韧钛合金

Also Published As

Publication number Publication date
CN105671366A (zh) 2016-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105671366B (zh) 一种高强高硬合金的制备方法
US10502252B2 (en) Processing of alpha-beta titanium alloys
DK2619341T3 (en) PROCEDURE FOR THE PREPARATION OF HIGH-STRENGTH ALPHA / BETA TITANO ALLOYS
Sieniawski et al. Microstructure and mechanical properties of high strength two-phase titanium alloys
AU2010343097B2 (en) Production of high strength titanium alloys
CN110144496A (zh) 具有改良性能的钛合金
US20120076686A1 (en) High strength alpha/beta titanium alloy
Liu et al. Mechanical properties and cytocompatibility of oxygen-modified β-type Ti–Cr alloys for spinal fixation devices
CN107109541A (zh) 钛合金
WO2018022261A1 (en) Ultra-high strength maraging stainless steel with salt-water corrosion resistance
WO2006014124A1 (fr) Alliage a base de titane
CN107779670B (zh) 一种高精度钛合金板材及其制备方法
EP3072989A1 (en) Magnesium-lithium alloy, method of manufacturing magnesium-lithium alloy, aircraft part, and method of manufacturing aircraft part
CN107779669B (zh) 一种用于加工压力管材的钛合金及其制备方法
JPWO2016013566A1 (ja) 加工方向と同一方向への形状変化特性を有するチタン合金部材およびその製造方法
Dobrescu et al. Studies on Ti-Al-Fe low-cost titanium alloys manufacturing, processing and applications
CN107779665B (zh) 一种钛合金及其加工方法
JP2012184464A (ja) 熱間および冷間での加工性に優れた高強度α＋β型チタン合金及びその製造方法並びにチタン合金製品
JP6673121B2 (ja) α＋β型チタン合金棒およびその製造方法
CN107746992A (zh) 一种低成本高强度高钛合金及其制备方法
US20220275477A1 (en) Magnesium alloy based objects and methods of making and use thereof
Foltz et al. Introduction to titanium and its alloys
Omiya et al. Microstructure and Mechanical Properties of an α+ β Type Ti-4V-0.6 O Alloy
CN107723510B (zh) 具有TRIP/TWIP效应的高强高塑性β钛合金及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant