[发明专利]一种低成本钛合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低成本钛合金及其制备方法，属于合金材料领域。

背景技术

钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀性能优异、对环境无污染等一系列的优点，使其大量应用于航空、航天、舰船、兵器以及化学工业等领域，而且作为汽车用材很早就引起人们的重视。目前工业钛合金中合金化元素多使用V、Mo、Nb、Zr、Sn和Ta等贵重元素，使钛合金的制造成本和使用成本居高不下，影响了钛合金的推广应用。

目前降低钛合金制造成本和使用成本的途径有：通过改进原材料(海绵钛)的生产方式来降低原材料的成本、采用廉价合金化元素、简化钛合金的加工工艺、优化钛制品的加工技术等各种方法。其中采用廉价合金化元素的特点是采用了相对于Al-V合金廉价的Mo-Fe合金作为中间合金达到降低原材料成本的目的，然而，Mo仍然是贵重元素，成本降低有限；采用Fe、Al、Si、Cr、N、C和B等资源丰富的元素能达到大幅度降低钛合金成本。Cr、Fe为共析型β稳定元素，在Ti合金、Ti-Al合金中存在共析转变，含量较高时可能生成化合物相，引起脆性，因此在合金元素选择及加入量方面应综合考虑。

目前，关于廉价合金化元素方面的相关研究包括：

授权公告号为CN 101348876B，发明名称为《一种低成本高强度钛合金》的中国发明专利，其技术方案为采用Al-V或Fe-V中间合金、电解铬、纯钛或钛合金车屑、工业铁和海绵钛按设计成分混合压制电极，用常规真空自耗电弧炉二次熔炼铸成合金锭，合金成分的重量百分比组成为：Al：4％-6％，V：1.9％-2.9％，Cr：1％-3％，Fe：1％-3％，余量为Ti和不可避免的杂质。合金热处理后的拉伸性能为：抗拉强度为1000MPa-1358MPa，屈服强度为930MPa-1270MPa，延伸率为9％-18％，断面收缩率为20％-50％。该合金与Ti-6Al-4V相比成本降低，但合金中仍然含有Al-V或Fe-V中间合金，且铬和铁的加入形式为电解铬和工业铁。

授权公告号为CN101403058B，发明名称为《一种低成本α+β型钛合金》的中国发明专利，公开的钛合金成分按重量百分数计为：Al：4.5-8％、Cr：0.3-3％、Fe：0.3-2％，其余为Ti和不可避免的杂质；合金中还可含有Mo：0-3％、Sn：0-3％或Zr：0-3％；其中Cr以铝铬中间合金的形式加入，Fe以铝铁中间合金的形式加入。该合金冷轧板材(0.8mm)沿轧向取样，室温力学性能为：抗拉强度870-1000MPa，屈服强度780-900MPa，伸长率16-31％；0.8-2mm厚Ti-6Al-4V板材的室温性能为抗拉强度925MPa，屈服强度870MPa，伸长率＞10％；其室温力学性能与Ti-6Al-4V相当。

又如公开号为CN1962913A，发明名称为《一种可调节性能的低成本钛合金》的中国发明专利，在钛中加入Al、Fe、Cr、Ni、S、B、C、Mo等八种元素，其中合金成分按重量分数计：Al：0-3.5％，Fe：0.3-2.0％，Cr：0.1-0.5％，合金力学性能可调范围为：抗拉强度为350MPa-1250MPa，延伸率为5％-30％，断面收缩率为10％-55％；但合金中含有价格较高的金属Ni和Mo，一定程度上提高了合金的成本。

发明内容

本发明的目的是以采用廉价的Cr-Fe合金或单质铁作为中间合金为出发点，提供一种低成本钛合金及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种低成本钛合金，合金成分按重量百分比计为Al：0～3％，Cr：1.6～4％，Fe：1～2％，Si：0.01～0.13％，B：0～0.1％，余量为钛，其中Cr/Fe为1.6～2.0，所述钛合金的K_β值范围是0.5～0.95，K_β计算公式如下所示：

K_β＝C₁/C_K1+C₂/C_K2+C₃/C_K3+…+C_n/C_Kn

其中C_n为合金元素在合金内的含量(wt％)，C_k为常用β稳定元素的临界浓度(wt％)：Mo为10，Mn为6.4，Fe为5，Nb为36，V为15，Ta为40，Cr为7，Co为7，Cu为13，Ni为9，W为22。

本发明的低成本钛合金中，杂质元素的含量不高于0.30％(重量％)。