專利名稱：一種高強度高彈性模量的鈦合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鈦合金，特別涉及一種高強度高彈性模量的鈦合金。
背景技術：
金屬材料的彈性變形完全滿足虎克定律時，其應力與應變的比值即為彈性模量。彈性模量本質上是表征固體原子間結合強度的物理參數，原子半徑和離子半徑越小，原子價越高的物質，其彈性模量就越大。對于成分選定的材料而言，彈性模量對組織不敏感。
由于鈦合金具有良好的比強度和耐腐蝕性，因此，它已被廣泛應用于諸如航空、軍事、空間、深海探測以及化工廠等領域。鈦合金的彈性模量約只有鋼鐵材料的一半，一般在110～125GPa之間。
α型鈦合金的彈性模量高于β型鈦合金的彈性模量。商用α鈦合金的彈性模量約為120GPa，商用β鈦合金的彈性模量約為110GPa。除純鈦外，α型鈦合金的工藝塑性較之β型鈦合金差，一個冷軋周期的變形量只有8％。
β穩定元素對β相彈性模量的提高不明顯。而常用α相穩定元素鋁(Al)是鈦合金中最普遍使用的α相穩定元素，它可以顯著增加α相的彈性模量。在不形成α2相的范圍內(鋁的重量百分比大于8％就會形成有序相(TiAl3)即α2相)，每增加1重量％的Al，α相的彈性模量增加1.4GPa。
硼(B)元素雖然是α相穩定元素，但它在α相和β相中的溶解度都很小(小于0.2原子％)，它在鈦合金中以TiB相第二相的形式存在，其彈性模量高達355GPa，它存在鈦合金中可以顯著的提高鈦合金的彈性模量。在純鈦中，當TiB相的體積分數由0％增加至15％時，彈性模量由110GPa增加至139Gpa。在Ti-6Al-4V(重量百分比)合金(一種多用途的α+β合金)中，當TiB相的體積分數由0％增加至10％時，彈性模量由116GPa增加至140GPa。TiB相在鈦合金中以第二相粒子的形式存在，受外應力的作用時其基本不變形，與基體間的變形協調能力差。TiB相的存在顯著的提高鈦合金彈性模量的同時，使鈦合金的加工性能、塑性指標惡化。

發明內容
本發明的目的是提供一種具有高強度高彈性模量而又不使鈦合金加工性能和塑性指標惡化的鈦合金。
為實現上述目的，本發明采取以下技術方案一種高強度高彈性模量的鈦合金，其為α+β兩相鈦合金，當將全體計為100重量％時，含有主要組分鈦，4.5～9.0重量％的鋁，0.2～1.5重量％的硼，0.5～5重量％的β穩定元素。
一種優選技術方案，其特征在于，所述β穩定元素為鉬、鈮、釩、鉻、鐵中的一種或多種的任意比例的混合；當是多種β穩定元素的任意比例的混合時，其中每一種β穩定元素的含量不低于0.5重量％。
一種優選技術方案，其特征在于，所述高強度高彈性模量的鈦合金中還含有0～3重量％的中性元素。
一種優選技術方案，其特征在于，所述中性元素為錫、鋯、鉿。
一種優選技術方案，其特征在于，所述高強度高彈性模量的鈦合金中還含有碳氫氧氮間隙元素。
一種優選技術方案，其特征在于，所述氧的含量為0.05～0.25重量％。
其它間隙元素的量按常規兩相鈦合金控制。
本發明的高強度高彈性模量的鈦合金可用市售的純金屬或中間合金利用真空自耗熔煉、凝殼爐熔煉、等離子束熔煉、電子束熔煉、懸浮爐熔煉等多種熔煉方法熔煉，也可采用這些熔煉方法的組合熔煉。所述純金屬包括鈦、鋯、鋁、鐵、鉻、釩以及鉿；所述中間合金包括鋁鉬合金、鋁釩合金以及鈦硼合金。
有益效果1)本發明的鈦合金其抗拉強度Rm＞1000MPa，拉伸彈性模量E≥130GPa，延伸率＞7％。
2)本發明合金可以做到有適量的、自身具有高彈性模量的TiB相，增加了合金的彈性模量，同時不顯著惡化合金的塑性指標和加工性能。
本發明的鈦合金可以制成棒材、板材、箔材等產品。
具體實施例方式
實施例1將海綿鈦、海綿鋯、純鋁、純鉿、鋁釩中間合金、鋁鉬中間合金、鋁鈮中間合金和鈦硼中間合金分別按成分Ti-4.5Al-3Zr-0.5Hf-4Mo-1V-1Nb-1.2B-0.06O配料壓制電極，采用凝殼爐熔煉和真空自耗爐熔煉，兩次熔煉成鑄錠。鑄錠經鍛造和軋制，制備成φ12毫米棒材。棒材經850℃/1h/AC成品退火處理后，按國家標準GB/T228-2000制備成標準拉伸試樣，在島津AG50KNE萬能材料試驗機上進行力學性能測試，所得的抗拉強度Rm、延伸率A5和拉伸彈性模量E見表1。
實施例2將海綿鈦、海綿鋯、純鋁、純鐵、純鉻、鋁鉬中間合金、鋁鈮中間合金和鈦硼中間合金分別按成分Ti-6Al-2Mo-2Cr-2Zr-0.5Fe-0.6B-0.22O配料壓制電極，采用真空自耗爐兩次熔煉成鑄錠。鑄錠經鍛造和軋制，制備成φ12毫米棒材。棒材經850℃/1h/AC成品退火處理后，按國家標準GB/T228-2000制備成標準拉伸試樣，在島津AG50KNE萬能材料試驗機上進行力學性能測試，所得的抗拉強度Rm、延伸率A5和拉伸彈性模量E見表1。
實施例3將海綿鈦、純鋁、純鉻、鋁釩中間合金、鋁鉬中間合金和鈦硼中間合金分別按成分Ti-8Al-2Mo-2V-1Cr-0.7B-0.12O配料壓制電極，采用等離子熔煉和真空自耗熔煉，兩次熔煉成鑄錠。鑄錠經板坯鍛造和板材軋制，制備成厚度為2.0毫米板材。板材900℃/1h/AC成品退火處理后，表面噴砂酸洗，按國家標準GB/T228-2000制備成標準拉伸試樣，在島津AG50KNE萬能材料試驗機上進行力學性能測試，所得的抗拉強度Rm、延伸率A5和拉伸彈性模量E見表1。
實施例4將海綿鈦、海綿鋯、純鋁、純鐵、純鉻、鈦錫中間合金、鋁鉬中間合金和鈦硼中間合金分別按成分Ti-6Al-1Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.5Fe-0.3B-0.10O配料，采用懸浮爐熔煉，熔煉成鑄錠。鑄錠經熱開坯和板坯軋制，制備成厚度為1.2毫米板坯，板坯經循環冷軋和中間真空退火制成0.3毫米箔材。箔材采用1000℃/1h/FC真空退火處理后，按國家標準GB/T228-2000制備成標準拉伸試樣，在島津AG50KNE萬能材料試驗機上進行力學性能測試，所得的抗拉強度Rm、延伸率A5和拉伸彈性模量E見表1。
表1實施例中合金的拉伸性能

從上表可以其抗拉強度Rm＞1000MPa，拉伸彈性模量E≥130GPa，延伸率＞7％。
權利要求
1.一種高強度高彈性模量的鈦合金，其為α+β兩相鈦合金，當將全體計為100重量％時，含有主要組分鈦，4.5～9.0重量％的鋁，0.2～1.5重量％的硼，0.5～5重量％的β穩定元素。
2.根據權利要求1所述的高強度高彈性模量的鈦合金，其特征在于，所述β穩定元素為鉬、鈮、釩、鉻、鐵中的一種或多種的任意比例的混合；當是多種β穩定元素的任意比例的混合時，其中每一種β穩定元素的含量不低于0.5重量％。
3.根據權利要求1所述的高強度高彈性模量的鈦合金，其特征在于，所述高強度高彈性模量的鈦合金中還含有0～3重量％的中性元素。
4.根據權利要求3所述的高強度高彈性模量的鈦合金，其特征在于，所述中性元素為錫、鋯、鉿。
5.根據權利要求1所述的高強度高彈性模量的鈦合金，其特征在于，所述高強度高彈性模量的鈦合金中還含有間隙元素氧。
6.根據權利要求5所述的高強度高彈性模量的鈦合金，其特征在于，，所述氧的含量為0.05～0.25重量％。
全文摘要
本發明涉及一種鈦合金，特別涉及一種高強度高彈性模量的鈦合金，其為α+β兩相鈦合金，當將全體計為100重量％時，含有主要組分鈦，4.5～9.0重量％的鋁，0.2～1.5重量％的硼，0.5～5重量％的β穩定元素。本發明的高強度高彈性模量的鈦合金具有高強度高彈性模量而又不使鈦合金加工性能和塑性指標惡化。
文檔編號C22C14/00GK1978681SQ200510127748
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月6日 優先權日2005年12月6日
發明者惠松驍, 葉文君, 王希哲, 肖今聲, 于洋 申請人:北京有色金屬研究總院