專利名稱：Ti5Mo5V6Cr3Al鈦合金及其加工工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型鈦合金，具體而言，涉及通式為Ti5Mo5V6Cr3Al
的鈦合金及其加工工藝。
背景技術：
Ti-Mo-V-Al-Cr系鈦合金由于其高強度和高韌性的特性，被廣泛地應用于 航空航天領域。其中我國自行研發的Ti5Mo5V8Cr3Al鈦合金是一種亞穩定13 鈦合金，Ti5Mo5V8Cr3Al合金主要合金元素含量(wt%)為Mo: 4.5%~5.7%; V: 4.5%~5.7%; Cr: 7.5% 8.5%; Al: 2.5%~3.5%;余量為鈦，由于其具有較好的 強度、韌性以及輕質的特性，已被應用于航空及航天工業。但是由于其鍛造 溫度下具有較大抗力，影響其鍛造性能和機械加工性。此外，仍需更高強度 的鈦合金材料以滿足航空航天工業的需要。
發明內容
本發明提供一種通式為Ti5Mo5V6Cr3Al的鈦合金，其具有較高的時效強 化特性以及較好的鍛造性能和焊接性能。
一方面，本發明提供一種通式為Ti5Mo5V6Cr3Al的鈦合金，主要合金元 素含量(wt%)為Mo: 4.5%~5.7%; V: 4.5% 5.7%; Cr: 5.5%~6.5%; Al: 2.5% 3.5%;余量為鈦。
另一方面，本發明提供一種通式為Ti5Mo5V6Cr3Al的鈦合金的加工工 藝，其包括如下步驟
一、 按以下比例配料(wt%): Mo: 4.5%~5.7%; V: 4.5%~5.7%; Cr: 5.5~6.5%; Al: 2.5~3.5%; Fe<0.30%; C: <0.05% N: <0.04%; H: <0.015o/o; 0: <0.15%;余量為鈦；
二、 將配料壓制成電極；
三、 在真空自耗電爐經2 3次熔煉；
四、 900 115(TC鍛造開坯；
五、 800 100(TC鍛造成所需尺寸的材料；
3六、450 65(TC保溫1 8小時，空冷至室溫。
再一方面，本發明提供通式為Ti5Mo5V6Cr3Al的鈦合金的另一種加工工 藝，其包括如下步驟
一、 按以下比例配料(wt°/。) Mo: 4.5% 5.7%; V: 4.5%~5.7%; Cr: 5.5 6.5%; Al: 2.5 3.5%; Fe<0.30%; C: <0.05% N: <0.04%; H: <0.015%; 0: <0.15%;余量為鈦；
二、 將配料壓制成電極；
三、 在真空自耗電爐經2 3次熔煉；
四、 900 115(TC鍛造開坯；
五、 800 1000。C鍛造成所需尺寸的材料；
六、 680 85(TC保溫1 3小時，其后空冷或水淬至室溫；
七、 450 65CTC保溫1 8小時，空冷至室溫。
根據本發明的Ti5Mo5V6Cr3Al鈦合金，與已有的亞穩定13型 Ti5Mo5V8Cr3Al鈦合金相比，具有更高的時效強度， 與近J3型Ti5Mo5V2Cr3Al
鈦合金相比，具有更高的時效強度和優異的焊接性能。
具體實施例方式
以下結合實施例具體說明本發明，但本發明并不限于該實施例。 實施例1
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo: 4.8; V: 4.9; Cr: 6.0; Al: 3.1; Fe:0.11; C:0.008; N: 0.010; H:0.0015; O:0.10;余量為鈦。將配料壓 制成電極。在真空自耗電爐經兩次熔煉得到鑄錠。于IOO(TC鍛造開坯，于850 。C鍛成O20mm棒材，于54(TC時效4小時，得樣品l。
改變合金中鉻的含量，分別為2.0%、 4.0%、 8.0%，應用與上述相同的 步驟，制備比較樣品1 3。 實施例2鈦合金的力學性能和焊接性能實驗
將樣品1和比較樣品1 3加工成05mm的常規拉伸試樣。力學性能試 驗在AG50KNE試驗機上完成。焊接系數由帶有焊縫樣品與未經焊接樣品的 力學性能的比值來確定，樣品l和3分別經焊接處理后加工成05mm的常規 拉伸試樣在，AG50KNE試驗機上完成力學性能測試，焊接系數由焊縫樣品 與未經焊接樣品的強度比值來確定。鈦合金的力學性能和焊接性能如表1所
4示。結果表明，通過鍛后直接時效，本發明的Ti5Mo5V6Cr3Al鈦合金，即樣 品l,具有最佳的抗拉強度，抗拉強度為1520Mpa，其時效強化效果優于鉻 含量分別為2.0%、 4.0%、 8.0%的比較樣品1 3。而各樣品斷后伸長率和55 和斷面收縮率^基本相當。同時，本發明的Ti5Mo5V6Cr3Al鈦合金具有較高 的焊接系數，焊接性能良好，其焊接性能與鉻含量為8.0%的比較樣品3相當， 但比該樣品具有更優異的力學性能。
表1
樣品1比較樣品1比較樣品2比較樣品3
6 b MPa1520147015101410
s5 %6.66.24.87.4
23.524.318.733.2
焊接系數0.90--0.90
實施例3
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo: 4.8; V: 4.9; Cr: 6.0; AI: 3.1; Fe:0.11; C:0.008; N: 0.010; H:0.0015; O:0.10;余量為鈦。將配料壓 制成電極。在真空自耗電爐經兩次熔煉得到鑄錠。于105(TC鍛造開坯，于900 。C鍛成O20mm棒材，水淬，升溫至72(TC，保溫2小時，水淬，于52(TC保 溫4小時，得樣品2。
改變合金中鉻的含量，分別為2.0%、 4.0%、 8.0%，應用與制備樣品2 相同的步驟，制備比較樣品4 6。
將樣品2和比較樣品4 6加工成05mm的常規拉伸試樣。試驗在 MTS-880及ZD90/10試驗機上完成。鈦合金的強度及拉伸性能如表2所示。
表2
樣品2比較樣品4比較樣品5比較樣品6
6 b MPa1430134014101340
55 %10.612.911.012,5
W %45.958,152.748.1
結果表明，通過固溶、水淬和時效處理，本發明的Ti5Mo5V6Cr3Al鈦合 金，即樣品2，具有最佳的抗拉強度，抗拉強度為1430Mpa，其時效強化效 果優于鉻含量分別為2.0%、 4.0%、 8.0%的比較樣品4 6。而各樣品斷后伸 長率和S 5和斷面收縮率W基本相當。
5實施例4
按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)為Mo: 4.8; V: 4.9; Cr: 6.0; AI: 3.1; Fe:0.11; C:0.008; N: 0.010; H:0扁5; O:0.10;余量為鈦。將配料壓 制成電極。在真空自耗電爐經兩次熔煉得到鑄錠。于110(TC鍛造開坯，于950 。C鍛成①20mm棒材，水淬，升溫至72(TC，保溫2小時，空冷，于520。C保 溫8小時，得樣品3。
改變合金中鉻的含量，分別為2.0°/。、 4.0%、 8.0%,應用與制備樣品3 相同的步驟，制備比較樣品7 9。
將樣品3和比較樣品7 9加工成05mm的常規拉伸試樣。試驗在 MTS-880及ZD90/10試驗機上完成。鈦合金的強度、拉伸性能及焊接性能如 表3所示。
表3
樣品3比較樣品7比較樣品8比較樣品9
6 b MPa1460131014201400
6 o, 2 MPa1360125013001300
S 5 %10.412.910.810.6
W %46.265.246.146.4
焊接系數0.90--0.90
結果表明，通過固熔、空冷和時效處理，本發明的Ti5Mo5V6Cr3Al鈦合 金，即樣品3，具有最佳的抗拉強度和屈服強度，分別為1460Mpa和1360Mpa， 其時效強化效果優于鉻含量分別為2.0%、 4.0%、 8.0°/。的比較樣品7 9。同 時，本發明的Ti5Mo5V6Cr3Al鈦合金具有較高的焊接系數，焊接性能良好， 其焊接性能與鉻含量為8.0%的比較樣品9相當。但有比該樣品更優異的力學 性能。
權利要求
1. 一種通式為Ti5Mo5V6Cr3Al的鈦合金，其主要合金元素含量(wt％)為Mo4.5％～5.7％；V4.5％～5.7％；Cr5.5％～6.5％；Al2.5％～3.5％；余量為鈦。
2. 根據權利要求1所述鈦合金的加工工藝，其包括如下步驟一、 按以下比例配料(wt%): Mo: 4.5% 5.7°/。； V: 4.5%~5.7%; Cr: 5.5~6.5%; Al: 2.5 3.5%; Fe<0.30%; C: <0.05% N: <0.04%; H: <0.015%; O: <0.15%;余量為鈦；二、 將配料壓制成電極；三、 在真空自耗電爐經2 3次熔煉；四、 900 115(TC鍛造開坯；五、 800 100(TC鍛造成所需尺寸的材料；六、 450 65(TC保溫1 8小時，空冷至室溫。
3. 根據權利要求1所述鈦合金的加工工藝，其包括如下步驟一、 按以下比例配料(wt%): Mo: 4.5% 5.7%; V: 4.5%~5.7%; Cr: 5.5 6.5%; Al: 2.5~3.5%; Fe<0.30%; C: <0.05% N: <0.040/0; H: <0.015%; 0: <0.15%;余量為鈦；二、 將配料壓制成電極；三、 在真空自耗電爐經2 3次熔煉；四、 900 115(TC鍛造開坯；五、 800 100(TC鍛造成所需尺寸的材料；六、 在680 850'C保溫1 3小時，其后空冷或水淬至室溫；七、 450 650'C保溫1 8小時，空冷至室溫。
全文摘要
本發明提供一種新型鈦合金及其加工工藝，具體而言，本發明提供一種通式為Ti5Mo5V6Cr3Al的鈦合金，其主要合金元素含量(wt％)為Mo4.5％～5.7％；V4.5％～5.7％；Cr5.5％～6.5％；Al2.5％～3.5％；余量為鈦。由于其具有較高的抗拉強度、韌性和焊接性能，可應用于航空航天用大型鍛件及高壓容器等。
文檔編號C22C14/00GK101463438SQ20071030392
公開日2009年6月24日 申請日期2007年12月21日 優先權日2007年12月21日
發明者明 余, 崔雪飛, 陳海珊, 陶海明, 魏衍廣 申請人:北京有色金屬研究總院