一种航空结构件用超高强钛合金的制作方法

1.本发明属于超高强钛合金技术领域，具体涉及一种航空结构件用超高强钛合金。


背景技术：

2.高强β钛合金是钛合金发展的主要方向之一。上世纪七十年代，两种典型的高强β钛合金bt22和ti-1023相继替代高强钢用于制造飞机承力构件，使飞机结构减重20％以上。
3.随着航空、航天技术的发展，一般1000mpa～1400mpa强度水平的高强钛合金，进一步提高强度，合金塑、韧性急剧下降，，难以实际应用。对于服役强度在1500mpa以上的许多部件，仍在使用合金钢。因此，开发一种抗拉强度达到1500mpa以上，并具有一定塑韧性的超高强度钛合金，对我国航空、航天事业的发展有极大的推进作用。


技术实现要素：

4.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，提供一种航空结构件用超高强钛合金。该超高强钛合金以快共析元素cr使合金获得高强度和韧性，同时通过添加与cr元素含量为1～1.5倍的同晶型β稳定元素mo v显著提高合金的淬透性，同时大大抑制因添加较多al、cr等元素后可能发生的包析或共析反应，不易形成脆性金属间化合物，避免合金的塑性受到损失，经热处理后抗拉强度rm不小于1500mpa。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种航空结构件用超高强钛合金，其特征在于，该超高强钛合金由以下质量百分含量的成分组成：al 4.0％～6.0％，cr 4.0％～6.0％，zr 2.0％～4.0％，nb 0.5％～1.5％，(mo v)/cr＝(1～1.5):1，mo/v＝1:(0.5～1.3)，余量为ti和不可避免的杂质。
6.上述的一种航空结构件用超高强钛合金，其特征在于，所述超高强钛合金由以下质量百分含量的成分组成：al 5.0％～6.0％，cr 5.0％～6.0％，zr3.0％～4.0％，nb 0.5％～1.0％，(mo v)/cr＝(1～1.4):1，mo/v＝1:(1～1.3)，余量为ti和不可避免的杂质。
7.上述的一种航空结构件用超高强钛合金，其特征在于，所述超高强钛合金由以下质量百分含量的成分组成：al 5.0％，cr 6.0％，zr 4.0％，nb0.5％，(mo v)/cr＝1:1，mo/v＝1:1，余量为ti和不可避免的杂质。
8.上述的一种航空结构件用超高强钛合金，其特征在于，所述超高强钛合金热处理后的抗拉强度rm≥1500mpa，延伸率a≥6％，断裂韧性k
ic
≥45mpa
·m1/2
。
9.本发明的航空结构件用超高强钛合金通过以下步骤制备：
10.步骤一、将原料混合后进行三次真空自耗电弧熔炼，得到铸锭；
11.步骤二、将步骤一中得到的铸锭进行锻造，得到超高强钛合金；
12.步骤三、将步骤二中得到的超高强钛合金进行热处理，得到热处理后的超高强钛合金。
13.本发明与现有技术相比具有以下优点：
14.1、本发明以快共析元素cr使合金获得高强度和韧性，同时通过添加与cr元素含量
为1～1.5倍的同晶型β稳定元素mo和v显著提高合金的淬透性，同时大大抑制因添加较多al、cr等元素后可能发生的包析或共析反应，不易形成脆性金属间化合物，避免合金的塑性受到损失。
15.2、本发明的超高强钛合金在热处理后的抗拉强度rm≥1500mpa，延伸率a≥6％，断裂韧性kic≥45mpa
·m1/2
。
16.3、本发明的超高强钛合金，在1500mpa级别下仍具有一定的塑、韧性，满足可用于制造飞机机身、机翼和起落架结构件中的锻造零件。
17.下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
18.实施例1
19.本实施例包括以下步骤：
20.步骤一、将原料混合后进行三次真空自耗电弧熔炼，得到铸锭；
21.步骤二、将步骤一中得到的铸锭进行锻造，得到直径为180mm的超高强钛合金；所述超高强钛合金由以下质量百分含量的成分组成：al 5.0％，v3.0％，mo 3.0％，cr 6.0％，zr 4.0％，nb 0.5％，余量为ti和不可避免的杂质；
22.步骤三、将步骤二中得到的超高强钛合金进行热处理，得到热处理后的超高强钛合金。
23.经检测，本实施例中制备的热处理后的超高强钛合金的抗拉强度rm＝1571mpa，延伸率a＝7.5％，断裂韧性k
ic
＝45.6mpa
·m1/2
。
24.实施例2
25.本实施例包括以下步骤：
26.步骤一、将原料混合后进行三次真空自耗电弧熔炼，得到铸锭；
27.步骤二、将步骤一中得到的铸锭进行锻造，得到直径为150mm超高强钛合金；所述超高强钛合金由以下质量百分含量的成分组成：al 4.0％，v2.0％，mo 4.0％，cr 4.0％，zr 2.0％，nb 1.5％，余量为ti和不可避免的杂质；
28.步骤三、将步骤二中得到的超高强钛合金进行热处理，得到热处理后的超高强钛合金。
29.经检测，本实施例中制备的热处理后的超高强钛合金的抗拉强度rm＝1511mpa，延伸率a＝8％，断裂韧性k
ic
＝49.6mpa
·m1/2
。
30.实施例3
31.按重量百分比配料，本实施例包括以下步骤：
32.步骤一、将原料混合后进行三次真空自耗电弧熔炼，得到铸锭；
33.步骤二、将步骤一中得到的铸锭进行锻造，得到直径为200mm超高强钛合金；所述超高强钛合金由以下质量百分含量的成分组成：al 6.0％，v4.0％，mo 3.0％，cr 5.0％，zr 3.0％，nb 1％，余量为ti和不可避免的杂质；
34.步骤三、将步骤二中得到的超高强钛合金进行热处理，得到热处理后的超高强钛合金。
35.经检测，本实施例中制备的热处理后的超高强钛合金的抗拉强度rm＝1521mpa，延
伸率a＝6.5％，断裂韧性k
ic
＝48.6mpa
·m1/2
。
36.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。


技术特征：
1.一种航空结构件用超高强钛合金，其特征在于，该超高强钛合金由以下质量百分含量的成分组成：al 4.0％～6.0％，cr 4.0％～6.0％，zr2.0％～4.0％，nb 0.5％～1.5％，(mo v)/cr＝(1～1.5):1，mo/v＝1:(0.5～1.3)，余量为ti和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种航空结构件用超高强钛合金，其特征在于，所述超高强钛合金由以下质量百分含量的成分组成：al 5.0％～6.0％，cr 5.0％～6.0％，zr 3.0％～4.0％，nb 0.5％～1.0％，(mo v)/cr＝(1～1.4):1，mo/v＝1:(1～1.3)，余量为ti和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的一种航空结构件用超高强钛合金，其特征在于，所述超高强钛合金由以下质量百分含量的成分组成：al 5.0％，cr6.0％，zr 4.0％，nb 0.5％，(mo v)/cr＝1:1，mo/v＝1:1，余量为ti和不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的一种航空结构件用超高强钛合金，其特征在于，所述超高强钛合金热处理后的抗拉强度rm≥1500mpa，延伸率a≥6％，断裂韧性k
ic
≥45mpa
·
m
1/2
。

技术总结
本发明公开了一种航空结构件用超高强钛合金，由以下质量百分含量的成分组成：Al 4.0％～6.0％，Cr 4.0％～6.0％，(Mo V)/Cr＝(1～1.5):1，Zr 2.0％～4.0％，Nb 0.5％～1.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。本发明的超高强钛合金以快共析元素Cr使合金获得高强度和韧性，通过添加与Cr元素含量为1～1.5倍的同晶型β稳定元素Mo V显著提高合金的淬透性，同时大大抑制因添加较多Al、Cr等元素后可能发生的包析或共析反应，不易形成脆性金属间化合物，避免合金的塑性受到损失，经热处理后抗拉强度不小于1500MPa，用于制造飞机机身、机翼和起落架结构件中的关键承力零件。起落架结构件中的关键承力零件。


技术研发人员：辛社伟 周伟 张思远 李倩 毛小南
受保护的技术使用者：西北有色金属研究院
技术研发日：2022.12.06
技术公布日：2023/3/10