一种Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-Zr合金掺杂Y提升钛合金性能的方法

摘要

本申请公开了一种Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金掺杂Y提升钛合金性能的方法、Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金的零件及航空器，包括以下步骤：①取Ti‑55531合金粉末和钇粉；②将Ti‑55531合金粉末和钇粉在球磨机中球磨，得球磨后的混合合金粉末，其中，0

权利要求

1.一种Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金掺杂Y提升钛合金性能的方法，包括以下步骤：①取Ti‑55531合金粉末和钇粉；

②将Ti‑55531合金粉末和钇粉在球磨机中球磨，得球磨后的混合合金粉末，其中，0<钇掺杂量<2wt%；

③将球磨后的混合合金粉末装填入模具后放入SPS烧结成型形成Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金；所述SPS烧结工艺为：升温到1000‑1500℃，保温5‑20 min，降温到900‑600℃，保温

10‑70 min，烧结压强20‑100 Mpa。

2.根据权利要求1所述的Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金掺杂Y提升钛合金性能的方法，其特征在于，所述球磨工艺为：间歇旋转，旋转转速100‑500rpm，球磨时间为10‑50h。

3.根据权利要求1‑2任一所述的Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金掺杂Y提升钛合金性能的方法，其特征在于，0.2 wt%≤钇掺杂量≤1 wt%。

4.根据权利要求1‑2任一所述的Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金掺杂Y提升钛合金性能的方法，其特征在于，所述Ti‑55531合金粉末粒径100‑150μm。

5.根据权利要求3所述的Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金掺杂Y提升钛合金性能的方法，其特征在于，所述Ti‑55531合金粉末粒径100‑150μm。

6.一种Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金的零件，其特征在于，所述Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金的零件由权利要求1‑5任一所述的Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金掺杂Y提升钛合金性能的方法制备而成。

7.一种航空器，其特征在于，该航空器包括权利要求6所述的Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金的零件。

8.根据权利要求7所述的航空器，其特征在于，该航空器为飞机。

说明书

一种Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金掺杂Y提升钛合金性能的

方法

技术领域

[0001] 本申请涉及一种Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金掺杂Y提升钛合金性能的方法、Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金的零件及航空器。

背景技术

[0002] Ti55531是空中客车公司与俄罗斯在BT22钛合金基础上联合开发的一种新型近β钛合金，具有抗拉强度高、断裂韧性好、淬透性大等特点，适于制造强度要求高、减重效果好的大型承力构件，在航空领域尤其是大型飞行器有较高的应用价值。空中客车公司已经将其用于A380超大型远程宽体客机的机翼与挂架的连接装置。

[0003] 然而Ti55531在传统的锻造成型中无法直接达到合理的强度与塑性的适配度，需要通过长时间的热处理工艺实现。

[0004] 申请内容

[0005] 基于上述问题，本申请通过在Ti‑55531钛合金中掺杂Y，提升钛合金的综合力学性能，解决了Ti55531合金在传统锻造成型工艺中，步骤多(锻造后需经过多种热处理)、消耗时间长(锻造加热处理时间可达几十个小时)的问题。

[0006] 技术方案是：一种SPS制备Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金掺杂Y提升钛合金性能的方法，包括以下步骤：

[0007] ①取Ti‑55531合金粉末和钇粉；

[0008] ②将Ti‑55531合金粉末和钇粉在球磨机中球磨，得球磨后的混合合金粉末，其中，0<钇掺杂量<2wt％；

[0009] ③将球磨后的混合合金粉末装填入模具后放入SPS烧结成型。

[0010] 在本申请的一个或多个具体地实施方式中，所述球磨工艺为：间歇旋转，旋转转速100‑500rpm，球磨时间为10‑50h。

[0011] 在本申请的一个或多个具体地实施方式中，所述SPS烧结工艺为：升温到1000‑1500℃，保温5‑20min，降温到900‑600℃，保温10‑70min，烧结压强20‑100Mpa。

[0012] 在本申请的一个或多个具体地实施方式中，所述0.2wt％≤钇掺杂量≤1wt％。

[0013] Y加入之后在β晶界偏析，钉扎晶界，使得掺杂Y之后的β晶粒变小，从而提高强度，同时Y加入使得α打断晶界α，促进了α的析出，使得α等轴化，有效提高了合金的综合力学性能。等轴化和晶界不连续会提高延伸率，但会降低一定的强度，然而晶内析出充分提高了强度，因此在提升强度的同时，延伸率下降并不多，且SPS烧结原位热处理成型时间短。

[0014] 在本申请的一个或多个具体地实施方式中，所述Ti‑55531合金粉末粒径100‑150μm。

[0015] 第二方面，本申请还提供一种Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金的零件。

[0016] 技术方案是：一种Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金的零件，所述Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金的零件由上述的Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金掺杂Y提升钛合金性能的方法制备而成。

[0017] 第三方面，本申请还提供一种航空器。

[0018] 技术方案是：一种航空器，该航空器包括上述的Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金的零件。

[0019] 在本申请的一个或多个具体地实施方式中，所述航空器为飞机。

[0020] 申请原理及有益效果：

[0021] 本申请发明人通过调节SPS(放电等离子烧结)的烧结参数和Y的掺杂达到了一次性快速成型的效果。钛合金的性能与显微组织特征密切相关。在近β钛合金中，α相是最主要的强化相，其形貌、尺寸和含量对合金宏观力学性能影响极大。

[0022] 本申请将Ti‑55531合金粉末掺杂Y粉球磨后进行SPS烧结成型，利用SPS技术烧结成型，进行原位热处理。Y的掺杂可以Ti‑55531提高晶内α的析出，打断晶界α，使α等轴化，有效的提高综合力学性能。烧结后，令人惊讶地发现，烧结后的合金块致密度达到了99.98％，拉伸强度为1200MPa，延伸率为7.6％。

附图说明

[0023] 图1为钛合金块C微观图；

[0024] 图2为钛合金块D微观图。

具体实施方式

[0025] 下面将结合附图对本申请作进一步说明。

[0026] 一种Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金掺杂Y提升钛合金性能的方法，包括以下步骤：

[0027] ①取Ti‑55531合金粉末和钇粉。

[0028] ②将Ti‑55531合金粉末和钇粉在球磨机中球磨，得球磨后的混合合金粉末，其中，0<钇掺杂量<2wt％。

[0029] ③将球磨后的混合合金粉末装填入模具后放入SPS烧结成型。

[0030] 在本申请的一个或多个具体地实施方式中，所述球磨工艺为：间歇旋转，旋转转速100‑500rpm，球磨时间为10‑50h。

[0031] 在本申请的一个或多个具体地实施方式中，所述SPS烧结工艺为：升温到1000‑1500℃，保温5‑20min，降温到900‑600℃，保温10‑70min，烧结压强20‑100Mpa。

[0032] 在本申请的一个或多个具体地实施方式中，所述0.2wt％≤钇掺杂量≤1wt％。

[0033] 基于上述的Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金掺杂Y提升钛合金性能的方法，本申请还提供一种Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金的零件，该零件由上述的Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金掺杂Y提升钛合金性能的方法制备而成。

[0034] 基于上述的Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金的零件，本申请还提供一种航空器，该航空器包括上述的Ti‑5Al‑5Mo‑5V‑3Cr‑Zr合金的零件。

[0035] 在本申请的一个或多个具体地实施方式中，航空器可以为飞机，也可以为其它的航空器。

[0036] 实施例1

[0037] 一种Ti‑55531合金块的制备方法，包括以下步骤：

[0038] ①取100‑150μm的Ti‑55531合金粉末，取钇粉。

[0039] ②将Ti‑55531合金粉末和钇粉放入全方位行星球磨机中机械球磨混匀，球磨工艺为300rpm双相旋转，每3分钟停1分钟，球磨时间为30h。球磨后的混合合金粉末中钇含量(掺杂量)为0.2wt％。

[0040] ③将球磨后的混合合金粉末装填入模具后放入SPS烧结成型。SPS烧结工艺：以100℃/min的速率将温度从室温升高到1300℃后保温10min，随后以100/min的速率使温度从1300℃下降至750℃保温50min。整个烧结过程压强为80Mpa。

[0041] 实施例2

[0042] 一种Ti‑55531合金块的制备方法，包括以下步骤：

[0043] ①取100‑150μm的Ti‑55531合金粉末，取钇粉。

[0044] ②将Ti‑55531合金粉末和钇粉放入全方位行星球磨机中机械球磨混匀，球磨工艺为300rpm双相旋转，每3分钟停1分钟，球磨时间为30h。球磨后的混合合金粉末中钇含量为0.5wt％。

[0045] ③将球磨后的混合合金粉末装填入模具后放入SPS烧结成型。SPS烧结工艺：以100℃/min的速率将温度从室温升高到1300℃后保温10min，随后以100/min的速率使温度从1300℃下降至750℃保温50min。整个烧结过程压强为80Mpa。

[0046] 实施例3

[0047] 一种Ti‑55531合金块的制备方法，包括以下步骤：

[0048] ①取100‑150μm的Ti‑55531合金粉末，取钇粉。

[0049] ②将Ti‑55531合金粉末和钇粉放入全方位行星球磨机中机械球磨混匀，球磨工艺为300rpm双相旋转，每3分钟停1分钟，球磨时间为30h。球磨后的混合合金粉末中钇含量为1wt％。

[0050] ③将球磨后的混合合金粉末装填入模具后放入SPS烧结成型。SPS烧结工艺：以100℃/min的速率将温度从室温升高到1300℃后保温10min，随后以100/min的速率使温度从1300℃下降至750℃保温50min。整个烧结过程压强为80Mpa。

[0051] 对比实施例1

[0052] ①取100‑150μm的Ti‑55531合金粉末。

[0053] ②将Ti‑55531合金粉末放入全方位行星球磨机中机械球磨混匀，球磨工艺为300rpm双相旋转，每3分钟停1分钟，球磨时间为30h。

[0054] ③将球磨后的Ti‑55531合金粉末装填入模具后放入SPS烧结成型，形成钛合金块D。SPS烧结工艺：以100℃/min的速率将温度从室温升高到1300℃后保温10min，随后以100/min的速率使温度从1300℃下降至750℃保温50min。整个烧结过程压强为80Mpa。

[0055] 实施例4

[0056] 钛合金块C的扫描电镜微观图如图1，钛合金块D的扫描电镜微观图如图2。图1中，白色小点为金属钇，Y的加入使得α相等轴化，同时打断晶界α，有效的提高了合金的综合力学性能。

[0057] 实施例5

[0058] 取钛合金块A‑D分别进行性能测试，钛合金块A‑C的致密度≧99.98％(阿基米德法测试)。钛合金块A‑D的拉伸强度和延伸率见下表1。表1中，A指钛合金块A，B指钛合金块B，C指钛合金块C，D指钛合金块D。

[0059] 表1

[0060]

[0061] 从表1中可以看出：

[0062] 钛合金块A的拉伸强度1180MPa，延伸率6％。

[0063] 钛合金块B的拉伸强度1150MPa，延伸率7％。

[0064] 钛合金块C的拉伸强度1128MPa，延伸率7.8％。

[0065] 钛合金块D的拉伸强度890MPa，延伸率8.9％。

[0066] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。