[发明专利]一种高硬度钛合金及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及钛合金技术领域，提供了一种高硬度钛合金及其制备方法和应用。本发明提供的高硬度钛合金包括以下质量分数的成分：Al7.1％～8.0％，V4.1％～5.0％，Cr2.1％～3.0％，Mo2.6％～4.0％，Zr＜1.0％，Fe0.8％～1.5％，(Al₂O₃+SiC)2％～5％，余量为Ti和不可避免的杂质。本发明通过添加较多的Al，Al₂O₃和SiC显著提高钛合金强度和硬度，添加V和Mo改善合金的塑性，添加V、Mo、Zr改善合金的热加工性能，最终得到具有高硬度以及良好的强度和塑性匹配的钛合金。本发明采用钛合金回收料、钛合金打磨灰为主要原料制备高硬度钛合金，成本低，经济效益好。

技术领域

本发明涉及钛合金技术领域，尤其涉及一种高硬度钛合金及其制备方法和应用。

背景技术

随着科技的进步，减重和轻量化已成为现代航空、航天、兵器、化工、汽车、医疗、机器人等领域应用材料发展的重要方向，而其中以轻质、高强为应用特点的钛合金已被世界多个国家列为重点发展的21世纪具有战略意义的新型结构金属材料。

高强度钛合金能够进一步增强钛合金的减重效果，因而现有研究大多关注钛合金材料抗拉强度的提高，同时关注满足可工业化应用的塑性。关于高硬度钛合金研究较少，钛合金的强度和硬度不存在正比例线性关系，如TB2(Ti-3Al-5Mo-5V-8Cr)、Ti-15333(Ti-3Al-3Sn-3Cr-15V)、Timetal LCB(Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Al)和β-CEZ(Ti-4Mo-2Cr-1Fe-5Al)，经固溶时效工艺处理后，虽然抗拉强度均能达到1400MPa，但硬度HRC值通常小于45。目前，已经商业化应用的钛合金的HRC值通常为30～45，这不能满足工业钛合金制作刀具和耐磨构件时对高硬度(HRC值大于45)的需求，因此极大限制了钛合金在高硬度、耐磨服役环境下的应用。

综合上述高硬度钛合金的研究现状，为满足钛合金在高硬度服役环境下的应用需求，亟需研制一种可工业化生产、硬度HRC值大于45，且具有良好的强度和塑性匹配的高硬度钛合金，以扩大钛合金在刀具减重等领域的应用，从而产生较大的经济价值。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高硬度钛合金及其制备方法和应用。本发明提供的高硬度钛合金的HRC值大于45，并且具有较高的抗拉强度和屈服强度，能够满足在高硬度、耐磨服役环境下的应用要求。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种高硬度钛合金，包括以下质量分数的成分：Al 7.1％～8.0％，V4.1％～5.0％，Cr 2.1％～3.0％，Mo 2.6％～4.0％，Zr＜1.0％，Fe 0.8％～1.5％，(Al₂O₃+SiC)2％～5％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述高硬度钛合金的HRC值大于45。

优选的，所述的高硬度钛合金包括如下重量百分含量的成分：Al7.1％，V 4.8％，Cr 3.0％，Mo 2.6％，Zr 0.8％，Fe 1.5％，(Al₂O₃+SiC)5.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。

优选的，所述的高硬度钛合金包括如下重量百分含量的成分：Al7.4％，V 4.5％，Cr 2.8％，Mo 3.3％，Zr 0.6％，Fe 1.1％，(Al₂O₃+SiC)4.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。

优选的，所述的高硬度钛合金包括如下重量百分含量的成分：Al8.0％，V 5.0％，Cr 2.5％，Mo 2.9％，Zr 0.9％，Fe 1.2％，(Al₂O₃+SiC)2.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。