一种高硬度钛合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及钛合金技术领域，提供了一种高硬度钛合金及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的高硬度钛合金包括以下质量分数的成分：Al7.1％～8.0％，V4.1％～5.0％，Cr2.1％～3.0％，Mo2.6％～4.0％，Zr＜1.0％，Fe0.8％～1.5％，(Al2O3+SiC)2％～5％，余量为Ti和不可避免的杂质。本发明专利技术通过添加较多的Al，Al2O3和SiC显著提高钛合金强度和硬度，添加V和Mo改善合金的塑性，添加V、Mo、Zr改善合金的热加工性能，最终得到具有高硬度以及良好的强度和塑性匹配的钛合金。本发明专利技术采用钛合金回收料、钛合金打磨灰为主要原料制备高硬度钛合金，成本低，经济效益好。经济效益好。

【技术实现步骤摘要】
一种高硬度钛合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钛合金
，尤其涉及一种高硬度钛合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着科技的进步，减重和轻量化已成为现代航空、航天、兵器、化工、汽车、医疗、机器人等领域应用材料发展的重要方向，而其中以轻质、高强为应用特点的钛合金已被世界多个国家列为重点发展的21世纪具有战略意义的新型结构金属材料。
[0003]高强度钛合金能够进一步增强钛合金的减重效果，因而现有研究大多关注钛合金材料抗拉强度的提高，同时关注满足可工业化应用的塑性。关于高硬度钛合金研究较少，钛合金的强度和硬度不存在正比例线性关系，如TB2(Ti
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3Al
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5Mo
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5V
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8Cr)、Ti
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15333(Ti
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3Al
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3Sn
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3Cr
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15V)、Timetal LCB(Ti
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6.8Mo
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4.5Fe
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1.5Al)和β
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CEZ(Ti
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4Mo
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2Cr
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1Fe
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5Al)，经固溶时效工艺处理后，虽然抗拉强度均能达到1400MPa，但硬度HRC值通常小于45。目前，已经商业化应用的钛合金的HRC值通常为30～45，这不能满足工业钛合金制作刀具和耐磨构件时对高硬度(HRC值大于45)的需求，因此极大限制了钛合金在高硬度、耐磨服役环境下的应用。
[0004]综合上述高硬度钛合金的研究现状，为满足钛合金在高硬度服役环境下的应用需求，亟需研制一种可工业化生产、硬度HRC值大于45，且具有良好的强度和塑性匹配的高硬度钛合金，以扩大钛合金在刀具减重等领域的应用，从而产生较大的经济价值。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种高硬度钛合金及其制备方法和应用。本专利技术提供的高硬度钛合金的HRC值大于45，并且具有较高的抗拉强度和屈服强度，能够满足在高硬度、耐磨服役环境下的应用要求。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]一种高硬度钛合金，包括以下质量分数的成分：Al 7.1％～8.0％，V4.1％～5.0％，Cr 2.1％～3.0％，Mo 2.6％～4.0％，Zr＜1.0％，Fe 0.8％～1.5％，(Al2O3+SiC)2％～5％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述高硬度钛合金的HRC值大于45。
[0008]优选的，所述的高硬度钛合金包括如下重量百分含量的成分：Al7.1％，V 4.8％，Cr 3.0％，Mo 2.6％，Zr 0.8％，Fe 1.5％，(Al2O3+SiC)5.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0009]优选的，所述的高硬度钛合金包括如下重量百分含量的成分：Al7.4％，V 4.5％，Cr 2.8％，Mo 3.3％，Zr 0.6％，Fe 1.1％，(Al2O3+SiC)4.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0010]优选的，所述的高硬度钛合金包括如下重量百分含量的成分：Al8.0％，V 5.0％，Cr 2.5％，Mo 2.9％，Zr 0.9％，Fe 1.2％，(Al2O3+SiC)2.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0011]优选的，所述的高硬度钛合金包括如下重量百分含量的成分：Al7.6％，V 4.3％，Cr 2.3％，Mo 3.7％，Zr 0.7％，Fe 1.0％，(Al2O3+SiC)3.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0012]优选的，所述的高硬度钛合金包括如下重量百分含量的成分：Al7.8％，V 4.1％，
Cr 2.1％，Mo 4.0％，Zr 0.78％，Fe 0.8％，(Al2O3+SiC)2.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0013]本专利技术还提供了上述方案所述高硬度钛合金的制备方法，包括以下步骤：
[0014]将原料制备成电极后依次进行真空电子束熔炼和真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭；所述原料包括回收料和新料；所述回收料包括钛合金回收料和钛合金打磨灰；所述钛合金回收料包括TA15、TC18和TB2钛合金回收料中的两种或三种；所述原料中钛合金回收料的质量分数为84％～90％；
[0015]将所述钛合金铸锭加工成型材后进行退火处理，得到高硬度钛合金。
[0016]优选的，所述加工成型材的方法包括锻造和/或轧制；所述锻造和轧制前的加热温度为高硬度钛合金的相变点温度以上。
[0017]优选的，所述退火处理的温度为700～900℃，保温时间为1～2h，保温结束后进行空冷。
[0018]本专利技术还提供了上述方案所述的高硬度钛合金或上述方案所述制备方法制备的高硬度钛合金在刀具、耐磨构件和装甲板中的应用。
[0019]本专利技术提供了一种高硬度钛合金，包括以下质量分数的成分：Al7.1％～8.0％，V 4.1％～5.0％，Cr 2.1％～3.0％，Mo 2.6％～4.0％，Zr＜1.0％，Fe 0.8％～1.5％，(Al2O3+SiC)2％～5％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述高硬度钛合金的HRC值大于45。本专利技术在钛合金中添加Al、Cr、Fe元素以及Al2O3和SiC，可有效提高钛合金的强度和硬度；尤其是当Al含量超过7％时，合金中由于大量细小Ti3Al弥散相的析出，使得钛合金硬度急剧增加。Al2O3和SiC作为增强相，也有助于增加钛合金的硬度和耐磨性。V和Mo可以改善合金的塑性和热加工性能，Mo还可细化晶粒，同时抑制Cr与Ti发生共析反应。Zr的加入对合金起到补充强化的作用，同时可使合金具有良好的热加工性能。综上所述，本专利技术通过添加较多的Al、Al2O3和SiC显著提高钛合金强度和硬度，添加V和Mo改善合金的塑性，添加V、Mo、Zr改善合金的热加工性能，最终得到具有高硬度、且具有良好的强度和塑性匹配的钛合金。实施例结果表明，本专利技术提供的高硬度钛合金抗拉强度为1350MPa以上，屈服强度为1250MPa以上，延伸率6％以上，HRC值大于45。
[0020]本专利技术还提供了上述方案所述高硬度钛合金的制备方法，本专利技术采用钛合金回收料、钛合金打磨灰为主要原料制备高硬度钛合金，能够实现钛合金废料的回收利用，变废为宝，避免资源的浪费，同时还能降低高硬度钛合金的制备成本，提高经济效益。
具体实施方式
[0021]本专利技术提供了一种高硬度钛合金，包括以下质量分数的成分：Al7.1％～8.0％，V 4.1％～5.0％，Cr 2.1％～3.0％，Mo 2.6％～4.0％，Zr＜1.0％，Fe 0.8％～1.5％，(Al2O3+SiC)2％～5％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述高硬度钛合金的HRC值大于45。
[0022]以质量分数计，本专利技术提供的高硬度钛合金包括Al 7.1％～8.0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高硬度钛合金，其特征在于，包括以下质量分数的成分：Al7.1％～8.0％，V4.1％～5.0％，Cr2.1％～3.0％，Mo2.6％～4.0％，Zr＜1.0％，Fe0.8％～1.5％，(Al2O3+SiC)2％～5％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述高硬度钛合金的HRC值大于45。2.根据权利要求1所述的高硬度钛合金，其特征在于，包括如下重量百分含量的成分：Al7.1％，V4.8％，Cr3.0％，Mo2.6％，Zr0.8％，Fe1.5％，(Al2O3+SiC)5.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的一种高硬度钛合金，其特征在于，包括如下重量百分含量的成分：Al7.4％，V4.5％，Cr2.8％，Mo3.3％，Zr0.6％，Fe1.1％，(Al2O3+SiC)4.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的一种高硬度钛合金，其特征在于，包括如下重量百分含量的成分：Al8.0％，V5.0％，Cr2.5％，Mo2.9％，Zr0.9％，Fe1.2％，(Al2O3+SiC)2.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。5.根据权利要求1所述的一种高硬度钛合金，其特征在于，包括如下重量百分含量的成分：Al7.6％，V4.3％，Cr2.3％，Mo3.7％，Zr0.7％，Fe...

【专利技术属性】
技术研发人员：席锦会，葛鹏，李育洛，杨帅，薛霖，
申请(专利权)人：西部金属材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：