《一種緊固件用β鈦合金及製備方法》是西安西工大超晶科技發展有限責任公司、西北工業大學於2008年7月17日申請的專利，該專利申請號為2008101503638，公布號為CN101343706，公布日為2009年1月14日，發明人是李金山、常輝、寇宏超、周中波、唐斌、薛祥義、王一川、周廉。
《一種緊固件用β鈦合金及製備方法》公開了一種緊固件用β鈦合金，其重量百分比為鉬4％~7％，鈮4％~6.5％，鉻3％~5％，鉭1％~3％，鋁2％~4％，鐵≤1.0％，碳≤0.1％，氮≤0.05％，氫≤0.015％，氧≤0.02％，餘量為鈦。其製備方法為採用海綿鈦，純鋁，純鉻，Ti-31％Mo，Ti-53％Nb，Al-80％Ta混料後，用壓機壓製成塊狀電極；將數塊電極用離子焊接組焊成長條狀電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進行熔煉，再將獲得的鑄錠作為自耗電極再次進行熔煉2~3次，獲得成品鈦合金錠。該發明不僅具有高強度，而且能實現低成本大規模生產，既能滿足套用需求的強度，又易於加工成型、減少能耗。
2021年6月24日，《一種緊固件用β鈦合金及製備方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種緊固件用β鈦合金及製備方法
- 公布號：CN101343706
- 申請人：西安西工大超晶科技發展有限責任公司、西北工業大學
- 發明人：李金山、常輝、寇宏超、周中波、唐斌、薛祥義、王一川、周廉
- 申請號：2008101503638
- 申請日：2008年7月17日
- 公布日：2009年1月14日
- 地址：陝西省西安市經濟技術開發區鳳城七路92號
- 代理機構：西北工業大學專利中心
- 代理人：顧潮琪
- Int. Cl.：C22C14/00;C22B9/20
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,技術領域,權利要求,實施方式,專利榮譽,
專利背景
鈦合金與碳纖維複合材料的電極電位相近，可有效地防止緊固件的電偶腐蝕，且具有良好的彈性和無磁性，可以防止緊固螺栓的鬆動和防磁場干擾，使其成為複合材料惟一的連線材料。隨著先進飛機鈦合金和複合材料用量的不斷增加，對鈦合金緊固件的需求日益加大。
作為緊固件用鈦合金，公知的有TC4、BT16、TB2、TB3、Ti-15-3、βIII等鈦合金。雖然TC4合金的密度低，強度和疲勞性能好，半成品成本低，但室溫塑性不夠高，加工成型緊固件時需要採用感應加熱進行熱鐓，以及真空固溶處理加時效處理，因此加工成本較高。BT16合金具有優異的冷加工性能，能採用冷鐓成型緊固件，但其強度不夠高，使用領域受限。TB2、TB3、Ti-15-3、βIII等鈦合金冷態塑性好，具有優良的冷加工性能，雖然這些鈦合金強度大於BT16合金，但不能作為高承力構件的連線件。因此，截至2008年7月，緊固件用鈦合金不能同時滿足高強度、低成本的大規模生產需求。
發明內容
專利目的
《一種緊固件用β鈦合金及製備方法》為了克服相關技術不能同時滿足高強度套用、低成本生產的不足，提供一種β型鈦合金，既具有高強度又能低成本實現大規模生產。
技術方案
《一種緊固件用β鈦合金及製備方法》所採用的技術方案是：該型鈦合金的重量百分比為：鉬4％~7％，鈮4％~6.5％，鉻3％~5％，鉭1％~3％，鋁2％~4％，餘量為鈦和不可避免的雜質，其中雜質的重量百分比為：鐵≤1.0％，碳≤0.1％，氮≤0.05％，氫≤0.015％，氧≤0.02％。
《一種緊固件用β鈦合金及製備方法》還提供該鈦合金的製備方法，包括以下步驟：
一、採用海綿鈦，純鋁，純鉻，Ti-31％Mo，Ti-53％Nb，Al-80％Ta為原料，按重量百分比配比為Mo：4％~7％、Nb：4％~6.5％、Cr：3％~5％、Ta：1％~3％、Al：2％~4％進行混料後，用壓機壓製成塊狀電極；
二、將數塊電極用離子焊接組焊成長條狀電極；
三、用上一步製得的電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進行熔煉，再將獲得的鑄錠作為自耗電極再次進行熔煉，熔煉溫度為1730攝氏度~1950攝氏度，重複2~3次，獲得成品鈦合金錠；
四、將熔煉好的鈦合金錠去皮、頭、尾，在950~1100攝氏度鍛造成坯料；
五、坯料經900~1000攝氏度軋制、760~950攝氏度固溶和520~550攝氏度時效後製造成為成品棒材。
有益效果
該合金綜合了兩相鈦合金較強的熱處理強化能力和β鈦合金優異的冷加工性能的優點，在室溫下就可以墩制出頭型比較複雜的螺栓，經β區固溶、兩相區時效處理後，抗拉強度達到1300兆帕左右，同時延伸率保持在6％以上，可以製成尺寸更小的連線件。《一種緊固件用β鈦合金及製備方法》不僅具有高強度，而且能實現低成本大規模生產，既能滿足套用需求的強度，又易於加工成型、減少能耗。該型鈦合金可以廣泛用於製造螺栓、螺母、鉚釘、螺絲、銷子等連線件，特別適用於因空間受到限制而必須採用小尺寸的連線件，且生產效率高，成本低，可帶來顯著的經濟效益。
技術領域
《一種緊固件用β鈦合金及製備方法》涉及一種β型鈦合金，還涉及其製備方法。
權利要求
1.一種緊固件用β鈦合金，其特徵在於該型鈦合金的重量百分比為：鉬4％~7％，鈮4％~6.5％，鉻3％~5％，鉭1％~3％，鋁2％~4％，餘量為鈦和不可避免的雜質，其中雜質的重量百分比為：鐵≤1.0％，碳≤0.1％，氮≤0.05％，氫≤0.015％，氧≤0.02％。
2.一種製備權利要求1所述緊固件用β鈦合金的方法，其特徵在於包括下述步驟：（a）採用海綿鈦，純鋁，純鉻，Ti-31％Mo，Ti-53％Nb，Al-80％Ta為原料，按重量百分比配比為Mo：4％~7％、Nb：4％~6.5％、Cr：3％~5％、Ta：1％~3％、Al：2％~4％進行混料後，用壓機壓製成塊狀電極；（b）將數塊步驟（a）製備的塊狀電極用離子焊接組焊成長條狀電極；（c）用上一步製得的電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進行熔煉，再將獲得的鈦合金錠作為自耗電極再次進行熔煉，熔煉溫度為1730攝氏度~1950攝氏度，重複熔煉2~3次，獲得成品鈦合金錠；（d）將熔煉好的鈦合金錠去皮、頭、尾，在950~1100攝氏度鍛造成坯料；（e）坯料經900~1000攝氏度軋制、760~950攝氏度固溶和520~550攝氏度時效後製造成為成品棒材。
實施方式
- 實施例1
鈦合金的重量百分比為：鉬4％，鈮6.5％，鉻3％，鉭3％，鋁2％，餘量為鈦和雜質，其中雜質的重量百分比為：鐵1.0％，碳0.1％，氮0.05％，氫0.015％，氧0.02％。
該鈦合金的製備方法包括以下步驟：
一、採用海綿鈦，純鋁，純鉻，Ti-31％Mo，Ti-53％Nb，Al-80％Ta為原料，按重量百分比配比為Mo：5％、Nb：5％、Cr：4％、Ta：2％、Al：3％混料100千克，用油壓機壓製成塊狀電極；
二、將3塊電極用離子焊接組焊成長條狀電極；
三、用上一步製得的電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進行熔煉，再將獲得的鑄錠作為自耗電極再次進行熔煉，熔煉溫度為1950攝氏度，獲得成品鈦合金錠；
四、將熔煉好的鈦合金錠去皮、頭、尾，在950攝氏度鍛造成坯料；
五、坯料經900攝氏度軋制、760攝氏度固溶，520攝氏度時效後製造成為成品棒材。
該實施例所製備的鈦合金棒材具有良好的綜合性能，尤其是具有良好剪下強度和塑性：σb＞1440兆帕，σ0.2＞1400兆帕，δ＞6％，τ＞800兆帕。
- 實施例2
鈦合金的重量百分比為：鉬7％，鈮4％，鉻5％，鉭1％，鋁4％，餘量為鈦和雜質，其中雜質的重量百分比為：鐵0.5％，碳0.05％，氮0.025％，氫0.01％，氧0.01％。
該鈦合金的製備方法包括以下步驟：
一、採用海綿鈦，純鋁，純鉻，Ti-31％Mo，Ti-53％Nb，Al-80％Ta為原料，按重量百分比配比為Mo：7％、Nb：6.5％、Cr：3％、Ta：3％、Al：3％混料100千克，用油壓機壓製成塊狀電極；
二、將4塊電極用離子焊接組焊成長條狀電極；
三、用上一步製得的電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進行熔煉，再將獲得的鑄錠作為自耗電極再次進行熔煉，熔煉溫度為1730攝氏度攝氏度，重複3次，獲得成品鈦合金錠；
四、將熔煉好的鈦合金錠去皮、頭、尾，在1025攝氏度鍛造成坯料；
五、坯料經950攝氏度軋制、850攝氏度固溶，530攝氏度時效後製造成為成品棒材。
該實施例所製備的鈦合金棒材具有良好的綜合性能，尤其是具有良好剪下強度和塑性：σb＞1300兆帕，σ0.2＞1260兆帕，δ＞8.5％，τ＞780兆帕。
- 實施例3
鈦合金的重量百分比為：鉬5％，鈮5％，鉻4％，鉭2％，鋁3％，餘量為鈦和雜質，其中雜質的重量百分比為：鐵0.02％，碳0.03％，氮0.01％，氫0.005％，氧0.008％。
該鈦合金的製備方法包括以下步驟：
一、採用海綿鈦，純鋁，純鉻，Ti-31％Mo，Ti-53％Nb，Al-80％Ta為原料，按重量百分比配比為Mo：4％、Nb：4％、Cr：5％、Ta：1％、Al：3％混料100千克，用油壓機壓製成塊狀電極；
二、將4塊電極用離子焊接組焊成長條狀電極；
三、用上一步製得的電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進行熔煉，再將獲得的鑄錠作為自耗電極再次進行熔煉，熔煉溫度為1840攝氏度，重複3次，獲得成品鈦合金錠；
四、將熔煉好的鈦合金錠去皮、頭、尾，在1100攝氏度鍛造成坯料；
五、坯料經1000攝氏度軋制、950攝氏度固溶，550攝氏度時效後製造成為成品棒材。
該實施例所製備的鈦合金棒材具有良好的綜合性能，尤其是具有良好剪下強度和塑性：σb＞1280兆帕，σ0.2＞1250兆帕，δ＞7％，τ＞770兆帕。
- 實施例4
鈦合金的重量百分比為：鉬4％，鈮6.5％，鉻3％，鉭3％，鋁2％，餘量為鈦和雜質，其中雜質的重量百分比為：鐵1.0％，碳0.1％，氮0.05％，氫0.015％，氧0.02％。
該鈦合金的製備方法包括以下步驟：
一、採用海綿鈦，純鋁，純鉻，Ti-31％Mo，Ti-53％Nb，Al-80％Ta為原料，按重量百分比配比為Mo：5％、Nb：5％、Cr：4％、Ta：2％、Al：4％混料100千克，用油壓機壓製成塊狀電極；
二、將5塊電極用離子焊接組焊成長條狀電極；
三、用上一步製得的電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進行熔煉，再將獲得的鑄錠作為自耗電極再次進行熔煉，熔煉溫度為1900攝氏度，重複3次，獲得成品鈦合金錠；
四、將熔煉好的鈦合金錠去皮、頭、尾，在950攝氏度鍛造成坯料；
五、坯料經900攝氏度軋制、760攝氏度固溶，520攝氏度時效後製造成為成品棒材。
該實施例所製備的鈦合金棒材具有良好的綜合性能，尤其是具有良好剪下強度和塑性：σb＞1440兆帕，σ0.2＞1400兆帕，δ＞6％，τ＞810兆帕。
- 實施例5
鈦合金的重量百分比為：鉬7％，鈮4％，鉻5％，鉭1％，鋁4％，餘量為鈦和雜質，其中雜質的重量百分比為：鐵0.5％，碳0.05％，氮0.025％，氫0.01％，氧0.01％。
該鈦合金的製備方法包括以下步驟：
一、採用海綿鈦，純鋁，純鉻，Ti-31％Mo，Ti-53％Nb，Al-80％Ta為原料，按重量百分比配比為Mo：7％、Nb：6.5％、Cr：3％、Ta：3％、Al：4％混料100千克，用油壓機壓製成塊狀電極；
二、將3塊電極用離子焊接組焊成長條狀電極；
三、用上一步製得的電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進行熔煉，再將獲得的鑄錠作為自耗電極再次進行熔煉，熔煉溫度為1780攝氏度，獲得成品鈦合金錠；
四、將熔煉好的鈦合金錠去皮、頭、尾，在1025攝氏度鍛造成坯料；
五、坯料經950攝氏度軋制、850攝氏度固溶，530攝氏度時效後製造成為成品棒材。
該實施例所製備的鈦合金棒材具有良好的綜合性能，尤其是具有良好剪下強度和塑性：σb＞1310兆帕，σ0.2＞1260兆帕，δ＞8.5％，τ＞785兆帕。
- 實施例6
鈦合金的重量百分比為：鉬5％，鈮5％，鉻4％，鉭2％，鋁3％，餘量為鈦和雜質，其中雜質的重量百分比為：鐵0.02％，碳0.03％，氮0.01％，氫0.005％，氧0.008％。
該鈦合金的製備方法包括以下步驟：
一、採用海綿鈦，純鋁，純鉻，Ti-31％Mo，Ti-53％Nb，Al-80％Ta為原料，按重量百分比配比為Mo：4％、Nb：4％、Cr：5％、Ta：1％、Al：4％混料100千克，用油壓機壓製成塊狀電極；
二、將4塊電極用離子焊接組焊成長條狀電極；
三、用上一步製得的電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進行熔煉，再將獲得的鑄錠作為自耗電極再次進行熔煉，熔煉溫度為1800攝氏度，重複3次，獲得成品鈦合金錠；
四、將熔煉好的鈦合金錠去皮、頭、尾，在1100攝氏度鍛造成坯料；
五、坯料經1000攝氏度軋制、950攝氏度固溶，550攝氏度時效後製造成為成品棒材。
該實施例所製備的鈦合金棒材具有良好的綜合性能，尤其是具有良好剪下強度和塑性：σb＞1295兆帕，σ0.2＞1260兆帕，δ＞7％，τ＞780兆帕。
- 實施例7
鈦合金的重量百分比為：鉬4％，鈮6.5％，鉻3％，鉭3％，鋁2％，餘量為鈦和雜質，其中雜質的重量百分比為：鐵1.0％，碳0.1％，氮0.05％，氫0.015％，氧0.02％。
該鈦合金的製備方法包括以下步驟：
一、採用海綿鈦，純鋁，純鉻，Ti-31％Mo，Ti-53％Nb，Al-80％Ta為原料，按重量百分比配比為Mo：5％、Nb：5％、Cr：4％、Ta：2％、Al：1％混料100千克，用油壓機壓製成塊狀電極；
二、將4塊電極用離子焊接組焊成長條狀電極；
三、用上一步製得的電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進行熔煉，再將獲得的鑄錠作為自耗電極再次進行熔煉，熔煉溫度為1730攝氏度，重複3次，獲得成品鈦合金錠；
四、將熔煉好的鈦合金錠去皮、頭、尾，在950攝氏度鍛造成坯料；
五、坯料經900攝氏度軋制、760攝氏度固溶，520攝氏度時效後製造成為成品棒材。
該實施例所製備的鈦合金棒材具有良好的綜合性能，尤其是具有良好剪下強度和塑性：σb＞1400兆帕，σ0.2＞1360兆帕，δ＞6.5％，τ＞790兆帕。
- 實施例8
鈦合金的重量百分比為：鉬7％，鈮4％，鉻5％，鉭1％，鋁4％，餘量為鈦和雜質，其中雜質的重量百分比為：鐵0.5％，碳0.05％，氮0.025％，氫0.01％，氧0.01％。
該鈦合金的製備方法包括以下步驟：
一、採用海綿鈦，純鋁，純鉻，Ti-31％Mo，Ti-53％Nb，Al-80％Ta為原料，按重量百分比配比為Mo：7％、Nb：6.5％、Cr：3％、Ta：3％、Al：1％混料100千克，用油壓機壓製成塊狀電極；
二、將5塊電極用離子焊接組焊成長條狀電極；
三、用上一步製得的電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進行熔煉，再將獲得的鑄錠作為自耗電極再次進行熔煉，熔煉溫度為1950攝氏度，重複3次，獲得成品鈦合金錠；
四、將熔煉好的鈦合金錠去皮、頭、尾，在1025攝氏度鍛造成坯料；
五、坯料經950攝氏度軋制、850攝氏度固溶，530攝氏度時效後製造成為成品棒材。
該實施例所製備的鈦合金棒材具有良好的綜合性能，尤其是具有良好剪下強度和塑性：σb＞1290兆帕，σ0.2＞1260兆帕，δ＞9％，τ＞770兆帕。
- 實施例9
鈦合金的重量百分比為：鉬5％，鈮5％，鉻4％，鉭2％，鋁3％，餘量為鈦和雜質，其中雜質的重量百分比為：鐵0.02％，碳0.03％，氮0.01％，氫0.005％，氧0.008％。
該鈦合金的製備方法包括以下步驟：
一、採用海綿鈦，純鋁，純鉻，Ti-31％Mo，Ti-53％Nb，Al-80％Ta為原料，按重量百分比配比為Mo：4％、Nb：4％、Cr：5％、Ta：1％、Al：1％混料100千克，用油壓機壓製成塊狀電極；
二、將3塊電極用離子焊接組焊成長條狀電極；
三、用上一步製得的電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進行熔煉，再將獲得的鑄錠作為自耗電極再次進行熔煉，熔煉溫度為1850攝氏度，重複3次，獲得成品鈦合金錠；
四、將熔煉好的鈦合金錠去皮、頭、尾，在1100攝氏度鍛造成坯料；
五、坯料經1000攝氏度軋制、950攝氏度固溶，550攝氏度時效後製造成為成品棒材。
該實施例所製備的鈦合金棒材具有良好的綜合性能，尤其是具有良好剪下強度和塑性：σb＞1280兆帕，σ0.2＞1260兆帕，δ＞8％，τ＞775兆帕。
專利榮譽
2021年6月24日，《一種緊固件用β鈦合金及製備方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
