一种高强高韧Ti5Mo5V5Cr3Al钛合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种新型钛合金及其加工工艺，具体而言，本发明专利技术提供一种通式为Ti5Mo5V5Cr3Al的钛合金，其主要合金元素含量(wt％)为：Mo:4.5％～5.5％；V:4.5％～5.5％；Cr:4.5％～5.5％；Al:2.5％～3.5％；余量为钛。由于其具有优异的冷热加工性能，较高的时效强化能力和良好的强塑性能匹配，可制备板材、棒材、锻件及其他型材，在航空、航天、石油及舰船等领域应用潜力巨大。

【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧Ti5Mo5V5Cr3Al钛合金及其制备方法
本专利技术属于冶金
，具体涉及通式为Ti5Mo5V5Cr3Al的钛合金及其制备方法。
技术介绍
Ti-Mo-V-Cr-Al系钛合金由于其具有高强度和高韧性的特性，被广泛地应用于航空航天等领域。我国自行研发的Ti5Mo5V3Al-Cr系钛合金是一系列近β或亚稳β钛合金，其中Ti5Mo5V8Cr3Al(国标牌号为TB2)合金主要合金元素含量(wt％)为：Mo:4.7％～5.7％；V:4.7％～5.7％；Cr:7.5％～8.5％；Al:2.5％～3.5％；余量为钛，由于其具有较好的冷成型性能，作为板材已被应用于航空及航天工业领域中，但其缺点是在锻造时具有较大的变形抗力，较难获得理想的锻态组织结构，从而限制了其作为锻件的应用领域。而Ti5Mo5V2Cr3Al(国标牌号为TB10)合金主要合金元素含量(wt％)为：Mo:4.5％～5.5％；V:4.5％～5.5％；Cr:1.5％～2.5％；Al:2.5％～3.5％；余量为钛，尽管具有较好的热锻性能，但其冷变形性能较差，不适宜作为冷轧板材使用。因此兼具优良可锻性能和冷变形性能的高强高韧钛合金更加符合和满足日益扩大的航空航天工业领域应用和装配需要。
技术实现思路
本专利技术提供一种通式为Ti5Mo5V5Cr3Al的钛合金，其具有较高的时效强化特性以及良好的冷热加工性能。一方面，本专利技术提供一种通式为Ti5Mo5V5Cr3Al的钛合金，主要合金元素含量(wt％)为：Mo:4.5％～5.5％；V:4.5％～5.5％；Cr:4.5％～5.5％；Al:2.5％～3.5％；余量为钛。另一方面，本专利技术提供一种通式为Ti5Mo5V5Cr3Al的钛合金的制备方法，其包括如下步骤：一、按以下比例配料(wt％)：Mo:4.5％～5.5％；V:4.5％～5.5％；Cr:4.5～5.5％；Al:2.5～3.5％；Fe<0.30％；C:<0.05％N:<0.04％；H:<0.015％；O:<0.15％；余量为钛；二、将配料压制成电极；三、在真空自耗电炉经3次熔炼成直径Φ420mm铸锭；四、在1100℃经锻造开坯获得直径Φ180mm尺寸的热锻棒坯；五、在980℃棒材经热轧获得Φ10～100mm的棒材；六、经800～850℃保温0.5h，水冷至室温；七、经500～550℃保温1～8小时，空冷至室温。本专利技术的有益效果：根据本专利技术的Ti5Mo5V5Cr3Al钛合金，与已有的亚稳定β型Ti5Mo5V8Cr3Al(TB2)钛合金和近β型Ti5Mo5V2Cr3Al(TB10)钛合金相比较，本专利技术合金具有更好的热锻性能和较好的冷弯性能，抗拉强度和塑性性能匹配最好。附图说明图1为本专利技术实施例2中三种合金的显微组织图。具体实施方式以下结合附图和实施例详细说明本专利技术，但本专利技术并不限于该实施例。实施例1：钛合金的热成型性能比较按如下比例配制合金料，主要合金元素含量(wt％)为：Mo:5.0；V:5.0；Cr:5.0；Al:3.0；Fe:0.11；C:0.008；N:0.010；H:0.0015；O:0.10；余量为钛。将配料压制成电极。在真空自耗电炉经三次熔炼得到铸锭。于1100℃锻造开坯，于980℃轧制成Φ15mm棒材，得样品1。改变合金中铬的含量，分别为2.0％和8.0％，应用与制备样品1相同的成型工艺获得Φ15mm棒材，分别得比较样品2和3。将样品1-3加工成Φ8×15mm的热压缩试样。试验在Gleeble-1500热模拟试验机上经加热器加热至900℃保温3分钟，应变速率为0.1s-1。获得钛合金的热模拟参数性能用于比较其热成型性能，如表1所示。表1从表1中可以看出，样品1(Ti5Mo5V5Cr3Al钛合金)具有和比较样品2(Ti5Mo5V2Cr3Al钛合金)相当的峰值应力和稳态应力，和比较样品3(Ti5Mo5V8Cr3Al钛合金)相当的温度敏感指数。此外，样品1具有最低的热变形激活能。数据表明，样品1(即本专利技术合金)在热变形时变形抗力小，所需的热变形激活能小，且热变形过程中流变应力对温度变化较不敏感。综合来看，样品1具有最优异的热加工性能，适合作为各类型锻造结构件使用。实施例2：钛合金的冷成型性能比较按如下比例配制合金料，主要合金元素含量(wt％)为：Mo:5.0；V:5.0；Cr:5.0；Al:3.0；Fe:0.11；C:0.008；N:0.010；H:0.0015；O:0.10；余量为钛。将配料压制成电极。在真空自耗电炉经三次熔炼得到铸锭。于1100℃锻造开坯，于980℃轧制成Φ15mm棒材，得样品4。改变合金中铬的含量，分别为2.0％和8.0％，应用与制备样品6相同的成型工艺获得Φ15mm棒材，分别得比较样品5和6。将样品4-6加工成δ2×15×200mm的弯曲角试样。试验在FPJ100拉伸材料试验机进行弯曲角测试。获得的钛合金的弯曲角性能如表2所示。表2材料状态弯曲角(°)样品4800℃，30min,水淬150比较样品5840℃，30min,水淬85比较样品6760℃，30min,水淬160从表2中可以看出，样品4(Ti5Mo5V5Cr3Al钛合金)具有和比较样品6(Ti5Mo5V8Cr3Al钛合金)相近的弯曲角。比较样品5(Ti5Mo5V2Cr3Al钛合金)具有最小的弯曲角。数据表明，样品4和比较样品6在进行冷弯变形时，均可获得较大的弯曲角度，表明其冷变形性能优异。而比较样品5的冷变形性能则较差，不适合作为冷变形结构件使用。三种合金在该状态下显微组织的差异性是造成其冷变形性能差异的主要原因，如图1所示。从图1可以看出，样品4和比较样品6均具有单一的β相组织，比较样品5的组织为弥散分布的针状马氏体和β相基体组成。依据金属塑性变形的容易程度按照密排六方、体心立方到面心立方由难至易的特点，由于钛合金的组织主要由α相和β相组成，且β相具有体心立方结构，而α相是密排六方结构，因此β相比α相易于塑性变形。马氏体相与α相结构与相同，同为密排六方结构。因此马氏体相的形成增加了合金在塑性变形时的变形抗力，且在冷变形过程中由于第二相的存在会导致应变不协调、组织不均匀及变形抗力较大等不良结果。因此，样品4(即本专利技术合金)和比较样品6具有比比较样品5更为优异的冷变形性能。综合来看，本专利技术钛合金兼具Ti5Mo5V8Cr3Al合金冷成型性能优异和Ti5Mo5V2Cr3Al合金热成型性能优异的特点，是一种理想的适用于冷热变形加工的钛合金结构材料。实施例3：钛合金的力学性能比较按如下比例配制合金料，主要合金元素含量(wt％)为：Mo:5.0；V:5.0；Cr:5.0；Al:3.0；Fe:0.11；C:0.008；N:0.010；H:0.0015；O:0.10；余量为钛。将配料压制成电极。在真空自耗电炉经三次熔炼得到铸锭。于1100℃锻造开坯，于980℃轧制成Φ15mm棒材，于800℃保温30分钟水淬后，再于520℃保温8小时空冷，得样品7。改变合金中铬的含量，分别为2.0％和8.0％，应用与制备样品7相同的制备工艺得比较样品8和9。将样品7和比较样品8和9加工成Φ5mm的常规拉伸试样。试验在AG50KNE试验机上完成。钛合金的力学性能如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通式为Ti5Mo5V5Cr3Al的钛合金，其特征在于，主要合金元素含量(wt％)为：Mo:4.5％～5.5％；V:4.5％～5.5％；Cr:4.5％～5.5％；Al:2.5％～3.5％；余量为钛。

【技术特征摘要】
1.一种通式为Ti5Mo5V5Cr3Al的钛合金，其特征在于，主要合金元素含量(wt％)为：Mo:4.5％～5.5％；V:4.5％～5.5％；Cr:4.5％～5.5％；Al:2.5％～3.5％；余量为钛。2.权利要求1所述钛合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)按以下比例配料(wt％)：Mo:4.5％～5.5％；V:4.5％～5.5％；Cr:4.5～5.5％；Al:2.5～3.5％；Fe<0.30％；C:<0.05％N:<0.04％；H:<0.015％；O:<0.15％；余量为钛；2)将步骤1)所得配料压制成电极；3)将步骤2)所得电极铸锭；4)将步骤3)所得铸锭锻造为棒坯；5)将步骤4)所得棒坯热轧为棒材；6)将步骤5)所得棒材冷却至室温；7)将步骤6)所得棒材加热后保温，然后冷却至室温。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔雪飞，陶海明，魏衍广，罗峥，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11