[发明专利]一种紧固件用钛合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种β钛合金，特别是涉及一种航空航天紧固件用钛合金。

背景技术

通常情况下，提高钛合金强度将带来塑性性能损失。目前，紧固件用钛合金的强度一般在1100MPa的水平，如TB3时效状态下：σ_b＝1100Mpa；δ₅＝10％；Ψ＝30％。Ti-15-3合金是性能优良的β钛合金，具有良好的冷加工性能，作为板、棒、丝材应用于各个领域，但要达到高强度(≥1250MPa)，其塑性则达不到使用要求。为了获得强度更高，而又能够保证良好塑性的新合金，美国TIMET公司研究了TIMETAL125合金，其拉伸强度达到1586Mpa，但延伸率只有7％。日本人在研究Ti-16V-4Sn-3Al-3Nb合金时表明合金元素Nb可有效的改善合金的塑性，但该合金只达到中等强度水平。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有高强度而又塑性良好的紧固件用钛合金。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种紧固件用钛合金，其特征在于其合金成分的重量百分比组成为：

V 14％-16％，Cr 2.5％-3.5％，Al 2.5％-3.5％，Sn2.5％-3.5％，Nb0.5％-5％，Zr 0.5％-5％，Ta 0.1％-1.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。

本发明紧固件用钛合金的制备过程是采用中间合金Al-V，Ti-Sn，Nb-Ti，电解Cr，Al条，钽粉，海绵锆和海绵钛按设计成分在油压机上压制成块状电极，并将数块电极采用等离子焊接组焊成长条状电极，然后在真空自耗电弧炉中进行2～3次熔炼，将熔炼好的铸锭加热至1150℃进行锻造加工，最终制成各种规格的棒材。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明所制备的合金棒材和板材具有良好的综合性能，尤其是强度和塑性匹配优异，室温拉伸性能：σ_b≥1250MPa，δ₅≥10％，Ψ≥30％，可以在350℃下长期使用。该合金在最佳热处理下其抗拉强度达到1250Mpa以上，延伸率达到13％以上，面缩率达到36％以上。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

制备Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn-4.8Nb-4.8Zr-1.5Ta合金。采用中间合金Al-V，Ti-Sn，Nb-Ti，电解Cr，Al条、Ta粉，海绵锆和海绵钛按设计成分在油压机上压制成块状电极，并将数块电极采用等离子焊接组焊成长条状电极，然后在真空自耗电弧炉中进行2～3次熔炼，将熔炼好的铸锭加热至1100℃进行锻造加工，最终制成各种规格的棒材。其棒材合金的重量百分比成分为V：15％，Cr：3％，Al：3％，Sn：3％，Nb：4.8％，Zr：4.8％，Ta：1.5％，其余为Ti和不可避免的杂质。所制备的合金棒材相应的热处理制度下具有良好的综合性能，尤其是强度和塑性匹配优异。其810℃/30min.AC固溶处理室温拉伸性能：σ_b≥852MPa，δ≥22％，≥60％，810℃/30min.AC+530℃/10h.AC固溶时效处理室温拉伸性能：σ_b≥1265MPa，δ≥14％，≥40％。

实施例2

制备Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn-2.4Nb-2.4Zr-1.1Ta合金。采用中间合金Al-V，Ti-Sn，Nb-Ti，电解Cr，Al条、Ta粉，海绵锆和海绵钛按设计成分在油压机上压制成块状电极，并将数块电极采用等离子焊接组焊成长条状电极，然后在真空自耗电弧炉中进行2～3次熔炼，将熔炼好的铸锭加热至1100℃进行锻造加工，最终制成各种规格的棒材。其棒材合金的重量百分比成分为V：15％，Cr：3％，Al：3％，Sn：3％，Nb：2.4％，Zr：2.5％，Ta：1.1％，其余为Ti和不可避免的杂质。所制备的合金棒材相应的热处理制度下具有良好的综合性能，尤其是强度和塑性匹配优异。其800℃/30min.AC固溶处理室温拉伸性能：σ_b≥823MPa，δ≥22％，≥61％，800℃/30min.AC+510℃/10h.AC固溶时效处理室温拉伸性能：σ_b≥1274MPa，δ≥13％，≥36％。

实施例3