[发明专利]一种TC11钛合金及其性能优化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金，特别涉及一种TC11钛合金及其性能优化工艺。

背景技术

钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。另外，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差，生产工艺复杂。钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约8%的增长速度发展。世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛（TA1、TA2和TA3）。

钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。

钛合金零部件尽管具有如此优越的性能，但距钛及其合金普遍应用在汽车工业中还有很大的距离，原因包括价格昂贵、成形性不好及焊接性能差等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种TC11钛合金及其性能优化工艺，以获得性能优异的钛合金。

本发明的技术方案是：一种TC11钛合金，其原料组分重量百分比为：Al：4.4-5.7%，Mo：4.4-5.7%，V：4.4-5.7%，Cr：0.5-1.5%，Fe：0.5-1.5%，C<0.1%,Zr:<0.3%,Si<0.15%,O<0.18%,N<0.05%,H<0.015%,其余为Ti。

将原料按照常规方法合成TC11合金，然后将该合金与700-950℃下保温1h，后将给合金水冷、空冷或者在炉内降温至350℃以下即可。

保温温度为：900℃，冷却方式为：在炉内降温至350℃以下。

本发明的有益效果：TC11钛合金的微观组织、相组成和相结构随冷却速度及加热温度不同，基体中会出现不同比例、尺寸和形态的球状α相和片状α相，冷却过程中还可能出现更加细小的次生α相及粗大的β转变组织。β基体也会发生不同程度的回复、再结晶，高温淬火（850℃以上）还可能出现淬火ω相。α相形状、数量及尺寸等方面的变化是影响合金强度和塑性的关键因素。因此，只要合理的选择TC11钛合金的热处理相变工艺，即可获得较佳的金相组织和良好的综合机械性能。

附图说明

图1为炉冷条件下TC11钛合金拉伸性能－加热温度曲线。

具体实施方式

一种TC11钛合金，其原料组分重量百分比为：Al：4.4-5.7%，Mo：4.4-5.7%，V：4.4-5.7%，Cr：0.5-1.5%，Fe：0.5-1.5%，C<0.1%,Zr:<0.3%,Si<0.15%,O<0.18%,N<0.05%,H<0.015%,其余为Ti，将原料按照常规方法合成TC11合金，然后将该合金与700-950℃下保温1h，后将给合金水冷、空冷或者在炉内降温至350℃以下即可。保温温度为：900℃，冷却方式为：在炉内降温至350℃以下。

拉伸试验研究结果表明，水冷条件下TC11钛合金的抗拉强度随加热温度升高呈明显的下降趋势，根据σb下降速度快慢大致可分为三个阶段：700～800℃温度区间下降最快，从1100MPa迅速下降到900MPa左右；800℃～850℃区间σb稳定在900MPa左右；σb最低值出现在950℃，为830MPa左右。空冷条件下TC11钛合金抗拉强度随加热温度的变化规律与水冷条件下基本一致，σb最低值出现在950℃，为800MPa左右。炉冷条件下TC11钛合金抗拉强度随加热温度升高呈先降后升的趋势。700℃退火时由于热应力消除不完全，合金抗拉强度高达1200MPa左右；700℃～800℃温度区间，σb逐渐降低，在800℃达到最低值970MPa；在800℃～1000℃温度区间退火时，合金强度又逐渐升高，900℃以上退火σb保持在1100MPa以上。

TC11钛合金的微观组织、相组成和相结构分析表明，随冷却速度及加热温度不同，基体中会出现不同比例、尺寸和形态的球状α相和片状α相，冷却过程中还可能出现更加细小的次生α相及粗大的β转变组织。β基体也会发生不同程度的回复、再结晶，高温淬火（850℃以上）还可能出现淬火ω相。α相形状、数量及尺寸等方面的变化是影响合金强度和塑性的关键因素。