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1、(10)申请公布号 CN 103667788 A (43)申请公布日 2014.03.26 CN 103667788 A (21)申请号 201210343128.9 (22)申请日 2012.09.14 C22C 14/00(2006.01) C22F 1/18(2006.01) (71)申请人 北京工业大学 地址 100124 北京市朝阳区平乐园 100 号 (72)发明人 李伯龙 刘桐 曹文全 李红梅 袁杰 聂祚仁 (74)专利代理机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 11203 代理人 张慧 (54) 发明名称 一种钛合金及热处理工艺 (57) 摘要 一种钛合金及热处理工艺， 钛合。
2、金技术领域。 合金中各组分质量含量 ： Fe 含量为 3 7%， Al 含 量为 3 5%， C 含量为 0.01 0.02%， 余量为 Ti 和不可避免的杂质。热处理包括固溶处理和时 效处理， 固溶处理的温度为 820 950， 时间 为 40-60 分钟， 水冷 ； 时效处理的温度为 450 550， 时间为4-6小时， 空冷。 本发明合金中不含 有昂贵的钼、 钒等合金元素， 降低了合金成本， 经 过固溶时效热处理工艺， 进一步提高其综合性能。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1。
3、页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103667788 A CN 103667788 A 1/1 页 2 1. 一种钛合金， 其特征在于， 合金中各合金组分及其重量百分比为 ： Fe 含量为 3 7%， Al 含量为 3 5%， C 含量为 0.01 0.02%， 余量为 Ti 和不可避免的杂质。 2. 权利要求 1 所述的钛合金的热处理工艺， 其特征在于， 热处理包括固溶处理和时 效处理， 固溶处理的温度为 820 950， 时间为 40-60 分钟， 水冷 ； 时效处理的温度为 450 550， 时间为 4-6 小时， 空冷。 3. 权利要求 2 所述的热处理工艺， 其特征。
4、在于， 固溶时间为 40 分钟， 时效时间为 4 小 时。 权 利 要 求 书 CN 103667788 A 2 1/3 页 3 一种钛合金及热处理工艺 技术领域 0001 本发明属于钛合金技术领域， 具体涉及一种低成本高强度钛合金及热处理工艺， 具体以铁、 铝为主合金化元素的低成本高强度钛合金及热处理工艺。 背景技术 0002 钛及钛合金的优异综合性能 , 在航空航天等领域得到广泛应用 , 然而与铝合金、 钢铁材料相比 , 高的成本限制了钛合金的更广泛应用 , 尤其是民用领域， 为推广钛合金的 应用 , 有必要开展低成本钛合金及其制备技术研究。在造成钛合金相对较高的成本因素当 中， 真空熔炼。
5、及加工占总成本的 60%， 原材料占 40%， 使用廉价的合金元素进行钛合金成分 设计可以有效的降低钛合金的成本。 0003 在廉价的合金元素中， 铁元素是最常见、 应用最为广泛元素之一， 并且铁元素在钛 合金中是一种很好的 相稳定元素。在钛合金中加入一定量的铁， 能够降低相变点， 稳定 相， 提高材料的冷热加工能力， 在很多钛合金中得到了应用。 比如航空用TB6合金中加入 2%( 质量分数 ) 的铁， 能够提高热成形能力， 非常适合等温锻造和超塑成型工艺。 0004 可用工业纯铁、 碳钢、 铸铁作为中间合金实现钛合金中铁元素以及微量碳元素的 添加， 并加入一定量铝元素进一步提高钛合金的强度。。
6、实验证明一定量的铁元素在钛合金 中具有非常好的强化作用。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种以铁、 铝为主合金化元素的低成本高强度钛合金及合 金热处理工艺， 即合金获得最佳综合性能的热处理温度及时间。 0006 本发明的一种钛合金， 其特征在于， 合金中各合金组分及其重量百分比为 ： Fe 含 量为 3 7%， Al 含量为 3 5%， C 含量为 0.01 0.02%， 余量为 Ti 和不可避免的杂质。 0007 本发明所提供的热处理工艺， 其特征在于， 热处理包括固溶处理和时效处理， 固溶 处理 （WQ） 的温度为 820 950， 时间为 40-60 分钟 （优选 40 分钟）。
7、 ， 水冷 ； 时效处理 （AC） 的温度为 450 550， 时间为 4-6 小时 （优选 4 小时） ， 空冷。 0008 本发明的一种钛合金按照常规的熔炼工艺制备。 0009 本发明的优点是 ： 与常用的钛合金相比， 合金中不含有昂贵的钼、 钒等合金元素， 降低了合金的原材料成本， 并推荐该低成本高强度合金固溶时效热处理工艺， 进一步提高 其综合性能， 可作为今后该成分热处理设计的有效依据， 使合金具有优异的综合力学性能， 在工程领域具有广阔的应用前景。 附图说明 0010 图1实施例1Ti-5Fe-3Al-0.02C合金棒材经过560/1h/AC热处理后室温拉伸曲 线 ； 0011 图。
8、 2 实施例 1i-5Fe-3Al-0.02C 合金棒材经过 840 /40min/WQ+475 /4h/AC 热 说 明 书 CN 103667788 A 3 2/3 页 4 处理后室温拉伸曲线 ； 0012 图3实施例2Ti-3Fe-5Al-0.01C合金棒材经过600/1h/AC热处理后室温拉伸曲 线 ； 0013 图 4 实施例 2Ti-3Fe-5Al-0.01C 合金棒材经过 940 /40min/WQ+500 /4h/AC 热 处理后室温拉伸曲线。 具体实施方式 0014 下面作进一步详细说明， 低成本高强度钛合金特征在于 ： 该合金重量百分比组成 为 ： Fe 含量为 3 7%，。
9、 Al 含量为 3 5%， C 含量为 0.01 0.02%， 余量为 Ti 和不可避免的 杂质。 0015 低成本 Ti-Fe-Al-C 钛合金的制备 ： 将 0 级海绵钛、 99.3% 的工业纯铁、 99.5% 的工 业纯Al、 工业45碳钢中间合金混合， 并满足成分要求， 在压力机上压制成块。 压块在5KG真 空悬浮感应炉上熔炼， 熔炼温度为 1700 1850， 获得钛合金铸锭， 将钛合金去皮、 去头 尾， 经开坯锻造、 最终锻造成棒材、 板材。开坯加热温度在 950 1050之间， 最终精锻温 度在 800 900之间。 0016 实施例 1 0017 按名义成分 Ti-5Fe-3A。
10、l-0.02C( 重量百分比， %) 配制合金原料， 原材料使用 0 级 海绵钛、 99.3% 的工业纯铁、 99.5% 的工业纯 Al、 工业 45 钢中间合金。混料后在 200 吨液压 机上压制成块， 用 5KG 真空悬浮感应炉熔炼两次获得合金铸锭， 铸锭经扒皮处理后， 涂抹玻 璃防护润滑剂， 防止合金高温氧化。在 980开坯锻造， 随后在 850下进行多火次墩拔以 细化组织， 最后锻成 25mm 的棒材。棒材经过 560 /1h/AC 热处理后， 室温拉伸性能 : 抗 拉强度 b=1104.06MPa, 屈服强度 0.2=952， 延伸率 =13%。 （如附图 1 说明） 0018 棒材。
11、经 840 /40min/WQ+475 /4h/AC 和 860 /40min/WQ+500 /4h/AC 固溶 时效处理后， 获得的力学性能典型值为 ： 抗拉强度 1250MPa， 屈服强度 970MPa， 延伸率 5%。 （如附图 2 说明） 0019 实施例 2 0020 按名义成分Ti-3Fe-5Al-0.01C(重量百分比， %)配制合金原料， 原材料使用0级海 绵钛、 99.3% 的工业纯铁、 99.5% 的工业纯 Al。混料后 200 吨液压机上压制成块， 用 5KG 真空 悬浮感应炉熔炼两次获得合金铸锭。 铸锭经扒皮处理后， 涂抹玻璃防护润滑剂， 防止合金高 温氧化。在 980。
12、开坯锻造， 随后在 850下进行多火次墩拔以细化组织， 最后锻成 25mm 的棒材。棒材经过 600 /1h/AC 热处理后， 室温拉伸性能 : 抗拉强度 b=1119MPa, 屈服强 度 0.2=954， 延伸率 =16%。 （如附图 3 说明） 0021 棒材经 940 /40min/WQ+500 /4h/AC 和 900 /40min/WQ+500 /4h/AC 固溶 时效处理后， 获得的力学性能典型值为 ： 抗拉强度 1070MPa， 屈服强度 930MPa， 延伸率 6%。 （如附图 4 说明） 0022 实施例 3 实施例 6 的合金名义成分参见表 1。 0023 Fe ： 2 7。
13、% ； Al ： 3 5% ； C ： 0.01 0.02% ； 余量为 Ti 及不可避免杂质。 0024 表 1 说 明 书 CN 103667788 A 4 3/3 页 5 0025 0026 上述实施例合金制备过程与实施例 1 和实施例 2 类似， 实施例 3 6 合金被锻造 成 15mm 的棒材， 经过 500 650 /1h/AC 的热处理后获得的力学性能典型值为 ： 抗拉 强度 900MPa， 屈服强度 830MPa, 延伸率 9%。 0027 实施例 3 6 合金经 (820 950 )/1h/WQ+(450 550 )/4h/AC 热处理后 获得力学性能典型值为 ： 抗拉强度 1000MPa， 屈服强度 900MPa, 延伸率 6%。 说 明 书 CN 103667788 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103667788 A 6 2/2 页 7 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103667788 A 7 。