[发明专利]一种紧固件用β钛合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种β型钛合金，还涉及其制备方法。

背景技术

钛合金与碳纤维复合材料的电极电位相近，可有效地防止紧固件的电偶腐蚀，且具有良好的弹性和无磁性，可以防止紧固螺栓的松动和防磁场干扰，使其成为复合材料惟一的连接材料。随着先进飞机钛合金和复合材料用量的不断增加，对钛合金紧固件的需求日益加大。

作为紧固件用钛合金，公知的有TC4、BT16、TB2、TB3、Ti-15-3、β_III等钛合金。虽然TC4合金的密度低，强度和疲劳性能好，半成品成本低，但室温塑性不够高，加工成型紧固件时需要采用感应加热进行热镦，以及真空固溶处理加时效处理，因此加工成本较高。BT16合金具有优异的冷加工性能，能采用冷镦成型紧固件，但其强度不够高，使用领域受限。TB2、TB3、Ti-15-3、β_III等钛合金冷态塑性好，具有优良的冷加工性能，虽然这些钛合金强度大于BT16合金，但不能作为高承力构件的连接件。因此，现有的紧固件用钛合金不能同时满足高强度、低成本的大规模生产需求。

发明内容

为了克服现有技术不能同时满足高强度应用、低成本生产的不足，本发明提供一种β型钛合金，既具有高强度又能低成本实现大规模生产。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该型钛合金的重量百分比为：钼4％～7％，铌4％～6.5％，铬3％～5％，钽1％～3％，铝2％～4％，余量为钛和不可避免的杂质，其中杂质的重量百分比为：铁≤1.0％，碳≤0.1％，氮≤0.05％，氢≤0.015％，氧≤0.02％。

本发明还提供该钛合金的制备方法，包括以下步骤：

一、采用海绵钛，纯铝，纯铬，Ti-31％Mo，Ti-53％Nb，Al-80％Ta为原料，按重量百分比配比为Mo：4％～7％、Nb：4％～6.5％、Cr：3％～5％、Ta：1％～3％、Al：2％～4％进行混料后，用压机压制成块状电极；

二、将数块电极用离子焊接组焊成长条状电极；

三、用上一步制得的电极作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行熔炼，再将获得的铸锭作为自耗电极再次进行熔炼，熔炼温度为1730℃～1950℃，重复2～3次，获得成品钛合金锭；

四、将熔炼好的钛合金锭去皮、头、尾，在950～1100℃锻造成坯料；

五、坯料经900～1000℃轧制、760～950℃固溶和520～550℃时效后制造成为成品棒材。

本发明的有益效果是：该合金综合了两相钛合金较强的热处理强化能力和β钛合金优异的冷加工性能的优点，在室温下就可以墩制出头型比较复杂的螺栓，经β区固溶、两相区时效处理后，抗拉强度达到1300MPa左右，同时延伸率保持在6％以上，可以制成尺寸更小的连接件。本发明不仅具有高强度，而且能实现低成本大规模生产，既能满足应用需求的强度，又易于加工成型、减少能耗。该型钛合金可以广泛用于制造螺栓、螺母、铆钉、螺丝、销子等连接件，特别适用于因空间受到限制而必须采用小尺寸的连接件，且生产效率高，成本低，可带来显著的经济效益。

下面结合实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

实施例1：

钛合金的重量百分比为：钼4％，铌6.5％，铬3％，钽3％，铝2％，余量为钛和杂质，其中杂质的重量百分比为：铁1.0％，碳0.1％，氮0.05％，氢0.015％，氧0.02％。

该钛合金的制备方法包括以下步骤：

一、采用海绵钛，纯铝，纯铬，Ti-31％Mo，Ti-53％Nb，Al-80％Ta为原料，按重量百分比配比为Mo：5％、Nb：5％、Cr：4％、Ta：2％、Al：3％混料100Kg，用油压机压制成块状电极；

二、将3块电极用离子焊接组焊成长条状电极；

三、用上一步制得的电极作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行熔炼，再将获得的铸锭作为自耗电极再次进行熔炼，熔炼温度为1950℃，获得成品钛合金锭；

四、将熔炼好的钛合金锭去皮、头、尾，在950℃锻造成坯料；

五、坯料经900℃轧制、760℃固溶，520℃时效后制造成为成品棒材。

本实施例所制备的钛合金棒材具有良好的综合性能，尤其是具有良好剪切强度和塑性：σ_b＞1440MPa，σ_0.2＞1400MPa，δ＞6％，τ＞800MPa。

实施例2：