[发明专利]一种多元合金复合强化高强钛合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种β钛合金及其制备方法，具体涉及一种多元合金复合强化高强钛合金及其制备方法，以及锻造、轧制和热处理方法。

背景技术

自1932年Kroll法制取了大量钛以来，钛合金很快成为航天航空领域的关键材料。但随着现代航空飞行器对性能的要求越来越高，现有结构钛合金（强度一般低于1300MPa）难以满足需要，为进一步减轻结构重量，迫切需要高强钛合金的研究开发。

钛合金的高强化过程中，β型钛合金由于具有良好的冷热加工性能，易锻造，可轧制、焊接，可通过固溶-时效处理获得较高的机械性能、良好的环境抗力及强度与断裂韧性的很好配合，颇受重视。而在设计新型钛合金和改善钛合金性能的道路上，合金化法被广泛采用。目前应用较为广泛的β钛合金是BT22，BT22U、BT32、Ti1023、β-21S等，这些合金具有良好的冷热加工性能，和优良的性能，大多用于1100~1200MPa的强度水平。近年来，国内外致力于开发1300MPa级的超高β强钛合金，并获得了很大的进展。但诸多钛合金在提高强度的同时带来了塑性的损失，美国TIMETAL公司开发出Ti-555和Ti-55531高强近β型钛合金，其抗拉强度均达到了1250~1400MPa的水平，但其塑性达不到使用要求。总之现有钛合金的强度，尤其是强韧性匹配不能满足航空要求，而且合金成本太高，合金性能对工艺参数敏感等问题使其应用受到了一定限制。因此，研制强韧匹配、开发低成本的高强钛合金显得尤为重要。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种多元合金复合强化高强钛合金及其制备方法，通过多元合金强化，提供一种提高钛合金强度和韧性的综合性能的低成本高强钛合金材料及其制备方法。

技术方案

一种多元合金复合强化高强钛合金金，其特征在于组份的重量百分比为：7~9%的钒，3~5%的钼，2.5~3.5%的铝，1.5~4.5%的铬，0.5~4.5%的锆，0.5~3.5%的铌，余量为钛及不可避免的杂质；各组分的重量百分比之和为100%。

组份中还包括小于2.5%的铁。

所述杂质的组份以及重量百分比为：氮≤0.05%，氢≤0.015%，氧≤0.02%，碳≤0.1%。

一种制备所述多元合金复合强化高强钛合金的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采用中间合金AlNb60、V-Al-Fe、AlV85、Ti-32Mo、HZr、金属铬、Fe钉、Al豆和海绵钛，按照组份的重量百分比进行配料和混料，并压制成块状电极；

步骤2：采用等离子将数块电极焊接组焊成长条状电极；

步骤3：在真空自耗电弧炉中熔炼，熔炼温度为1750~1950℃，熔炼电压为25-35伏，熔炼电流为1.5-4.5kA，炉内真空度≤3Pa，漏气率≤0.4Pa/min；熔炼重复2~3次，获得成分均匀的钛合金锭。

一种锻造上述制备的钛合金锭的方法，其特征在于：将熔炼好的钛合金锭去皮、头和尾，在950~1110℃下锻造成坯料。

一种轧制上述制备的钛合金坯料的方法，其特征在于：将坯料在850℃～950℃下进行加热30min~60min，采用轧机进行轧制，加工量为50～90%，最终轧制成各种规格的棒材。

一种对上述制备的棒材的热处理方法，其特征在于：将制得的热轧棒材进行固溶时效处理，固溶温度为750℃～950℃，时效温度为450~550℃。

有益效果

本发明提出的一种多元合金复合强化高强钛合金及其制备方法，所制得的钛合金具有β钛合金优异的冷加工性能和较强的热处理强化能力，可在室温下墩制出复杂的螺栓。经固溶时效处理后，钛合金抗拉强度大于1300MPa，同时延伸率在10%以上，面缩率达35%以上。本发明所制得的钛合金不仅具有高强度和韧性，而且添加低成本元素Fe，可实现低成本大规模生产。该型钛合金可以实现大的热加工和冷加工变形，易于加工成型，降低合金的加工成本。该合金可以制造几个级别的棒、丝、板，应用于高强紧固件、高强承力结构件、高弹性弹簧等的制作，具有广泛的应用前景。

本发明制备的钛合金具有优良的强度和塑性匹配，室温拉伸性能：σ_b≥1300MPa，δ≥10%，ψ≥30％。本发明合金材料可制备棒材、板材，应用于高强紧固件、高强承力结构件、高弹性弹簧等，具有广泛的应用前景。

具体实施方式

现结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1