[发明专利]一种低成本中高强度耐蚀钛合金及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及有色金属材料技术领域，特别是涉及一种低成本中高强度耐蚀钛合金及其加工方法。

背景技术

钛及钛合金因具有密度小、比强度高、耐腐蚀等优点，被誉为“海洋金属”和“太空金属”，广泛用于航空航天、军工、船舶、化工、医学、体育、汽车等领域。

TC4（Ti-6Al-4V）钛合金是1954年研制成功的等轴马氏体型两项合金，现在已经发展成为世界各国最通用的钛合金，是中强钛合金的代表，广泛用于航空构件、军工、医疗和其他民用领域。但是由于其冷加工硬化程度强烈，在轧制过程中很容易出现开裂现象，不能进行冷加工，只能采用机加和挤压的方法进行制备，这样就必然存在着成本高、成材率低的问题。而且，研究表明，钛金属在氧化性、中性或弱还原性介质中，表面容易形成保护性钝化膜，使其具有很强的耐蚀性，但在还原性酸溶液或强氧化性介质中，由于表面难以形成完整的保护性钝化膜，耐蚀性便不够理想，在高温氯化物溶液中还会产生缝隙腐蚀。因此，为了进一步提高钛的腐蚀性，开发了典型的TA9和TA10耐蚀钛合金，但是这两种合金由于合金元素浓度低，适用的介质范围比较窄，其机械强度与纯钛相比没有显著的提高。

现有技术中，还有一些针对TC4、TA9和TA10进行改进的技术，如：

中国专利CN 103045905 A 公开了一种低成本钛合金制备方法，该专利中合金成分按重量百分比计为Al：0～3%，Cr：1.6～4%，Fe：1～2%，Si：0.01～0.13%，B：0～0.1%，余量为钛，其中Cr/Fe为1.6～2.0，所述钛合金的Kβ值范围是0.5～0.95，Kβ计算公式如下所示：Kβ=C1/CK1+ C2/CK2+ C3/CK3+…+ Cn/CKn，其中Cn为合金元素在合金内的重量含量%，CK为常用β稳定元素的临界浓度（wt%）。将海绵钛、铬铁中间合金、单值硼、铁单质和/或铝豆，按所述的合金成分分层布料压制电极，用真空自耗熔炼炉二次熔炼得到铸锭。该发明合金的原材料成本低，且基本力学性能与Ti-6Al-4V相当。

中国专利 CN 102061408 A 公开了一种低成本钛合金制备方法，该方法采用廉价的Fe-Mo中间合金和Al-Mo中间合金代替昂贵的合金元素，同时向海绵钛中添加钛的边角料或残料，利用真空自耗电弧炉熔炼制备钛合金。本发明在增大钛边角料或残料在合金制备中所占的比例的同时采用大变形量加工等短流程加工方法，使得钛合金的制备成本降低30%以上。

中国专利 CN 102828058 A 公开了一种低成本钛合金制备方法，该方法为：一、根据Ti-1.5Fe-2.5Mo合金的名义成分将钛粉和MoFe中间合金粉末按配比混合均匀，得到混合粉末；二、将混合粉末经冷等静压方式压制成型，得到粉末压坯；三、将粉末压坯在温度为1250℃～1350℃的真空条件下烧结，得到Ti-1.5Fe-2.5Mo合金。该发明采用粒度较粗的纯钛粉为原料，大大降低了钛粉氧含量，从而控制合金中的氧含量，进一步提高了Ti-1.5Fe-2.5Mo合金零件的塑性和疲劳性能，制备的合金的相对密度达到97%以上，抗拉强度达到850MPa以上，延伸率不小于15%，断面收缩率不小于20%。

中国专利 CN 1962913 A 公开了一种可调节性能的低成本钛合金，该技术在钛中加入Al、Fe、Cr、Ni、S、B、C、Mo等八种元素，其重量百分数组成按以下公式描述：X+Y+Z+Ti=100%，其中X=Al≤6%，Y=[(0.3≤Fe≤5%)+(0.1≤Cr≤2%)]≤7%，Z=[(Ni≤0.5%)+(S≤1%)+(B≤0.5%)+(Mo≤0.8%)+(C≤0.5%)]≤3%，按上述配置好的合金料经混合压制成自耗电极，在真空电弧炉中两次熔炼制成：X、Y、Z参数任意固定一个改变另两个能调配出所需钛合金的力学性能，σb可以在350Mpa～1250Mpa内调节，δ可以在5%～30%内调节，ψ可以在10%～55%内调节。这样不仅成本可大幅度下降，而且可以得到不同力学性能的钛合金，使钛合金的应用领域更加广阔。

中国专利 CN 1170767 A 公开了一种新型耐蚀钛合金，该合金成分（按%重量计）为：Ni=0.3～3，Cr=0.3～3，Mo=0.3～3，Cu=0.3～3及平衡量的Ti，且合金可用熔铸压力加工方法或粉末冶金方法制造。该技术由于采用少量多元合金化的方法，在合金中加入适量的Ni、Cr、Mo、Cu元素，大大提高了合金的机械强度和在各种介质中的耐蚀性，扩大了适用介质范围，此外合金加工性能良好，不含稀贵金属，制造成本低，具有市场竞争力和推广使用价值。