[发明专利]一种高硅高塑性β型钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高硅高塑性β型钛合金，由以下质量分数的成分组成：Si 1.5％～3.5％，Fe 0.5％～3％，Nb 1.5％～3.5％，Ta 0.5％～2％，W 0.5％～2％，Hf 0.2％～2％，余量为Ti元素和其它不可避免的杂质。本发明通过加入β型合金元素，提高了β型钛合金的延展性。本发明还公开了一种高硅高塑性β型钛合金的制备方法，该方法包括：一、制备预制电极；二、熔炼浇铸得β型钛合金铸锭；三、开坯锻造得β型钛合金锻坯；四、轧制得β型钛合金棒；五、固溶和时效后得β型钛合金棒。本发明的方法克服了高硅钛合金开坯温度高和高温锻造火次多的缺点，提高了合金的塑性，降低了合金的相转变温度。

技术领域

本发明属于钛合金材料制备技术领域，具体涉及一种高硅高塑性β型钛合金及其制备方法。

背景技术

钛合金由于具有比重小、比强度高、耐腐蚀、耐高温、线胀系数小以及无毒无磁性等优点，可作为结构材料、耐热材料、耐蚀材料、形状记忆材料、吸气储氢材料，被广泛应用在航空航天、舰船制造、石油化工、海洋工程及生物医学等领域，成为除了铝合金和铜合金以外使用量最大的第三类有色金属材料。现代军民飞机的优异性能在很大程度上依赖于先进航空发动机的应用，而发动机的快速发展与高温抗氧化钛合金的大量应用密切相关，因此，高温抗氧化钛合金材料是钛合金研究的重要领域，是一个国家钛合金研究水平和航空技术发展水平的重要标志。

目前，现有和新研发的高温抗氧化型钛合金都含有一定数量的硅元素，如Ti-6242S、Ti-1100、MI834、BT36、Ti60和Ti600合金等。钛合金中的硅元素在位错处的偏聚形成了柯式气团，阻碍了位错的攀移，而硅化物的析出也会抑制晶界滑动、晶内位错滑移和晶内位错攀移，因此可显著提高钛合金的室温强度和高温抗蠕变性能。但作为共析元素，硅的添加使钛合金在高温使用过程中生成大量的硅化物，从而严重降低其延展性能和高温稳定性，影响钛合金的加工性能。因此比较成熟的高温抗氧化型钛合金中的硅含量都控制在0.5％以下。如何改进高硅钛合金的塑形性能和高温变形能力，提高其综合服役性能，是当前高硅钛合金工程化应用中面临的主要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种高硅高塑性β型钛合金。该钛合金中加入了质量分数为1.5％～3.5％的Si进行合金化，并同时加入Hf、Nb、W、Ta和Fe等β型合金元素，提高了β型合金的延展性和可加工性能，克服了高硅钛合金室温塑性差和高温变形性能差的缺点，最终得到室温延伸率大于10％的高硅高塑性β型钛合金。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高硅高塑性β型钛合金，其特征在于，由以下质量分数的成分组成：Si 1.5％～3.5％，Fe 0.5％～3％，Nb 1.5％～3.5％，Ta 0.5％～2％，W 0.5％～2％，Hf 0.2％～2％，余量为Ti元素和其它不可避免的杂质；所述高硅高塑性β型钛合金的室温延伸率大于10％。

另外，本发明还提供了一种制备高硅高塑性β型钛合金的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、预制电极：将海绵钛、Ti-Nb中间合金、Ti-Ta中间合金和Ti-W中间合金混合均匀形成混合物料，然后将单晶硅片、高纯铁钉和铪削置于混合物料的中间位置并压制成型，得到块状的预制电极；所述铁钉和铪削的质量纯度均为99.9％；

步骤二、铸锭：将步骤一中得到的预制电极置于真空感应熔炼炉中的坩埚内进行熔炼，然后浇铸成型，随炉冷却后得到β型钛合金铸锭；

步骤三、开坯锻造：将步骤二中得到的β型钛合金铸锭依次进行表面去除浮皮和切去冒口，然后放入电阻炉中保温，再取出进行三墩三拔的开坯锻造，得到β型钛合金锻坯；所述开坯锻造的总变形量不小于150％；