[发明专利]一种高动态性能近α型钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高动态性能近α型钛合金,按照质量百分比由以下元素组成：Al：5.0％～6.8％，Zr：1.5％～2.4％，Mo：1.0％～1.9％，V：1.5％～2.5％，Fe：0.05％～0.30％，O：0.05％～0.14％，余量为Ti，以上组分质量百分比之和为100％。本发明还公开了钛合金的制备方法。本发明采用纯净化和高均匀化熔炼方法细化了大型铸锭的铸态组织并提高了铸锭成分的微观均匀性，同时通过控制Al和O元素的含量，既保证了WSTi6211F钛合金具有足够的强度，又大幅度提高了WSTi6211F钛合金的塑性和韧性，再结合高温均匀化处理和循环锻造工艺，达到了提高钛合金动态性能的目的。

技术领域

本发明属于钛合金领域，涉及一种高动态性能近α型钛合金，本发明还涉及上述高动态性能近α型钛合金的制备方法。

背景技术

WSTi6211F钛合金名义成分为Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V-0.15Fe，是一种高动态性能的近α型钛合金，属于高铝当量的近α型钛合金。WSTi6211F合金具有中等的室温强度和高温强度，良好的热稳定性和焊接性能，较高的比强度、抗蠕变性和耐腐蚀性。与国内外广泛使用的TC4(Ti-6Al-4V)合金相比，当工作温度超过400℃时，WSTi6211F合金的强度优势更明显，高出100MPa，是重要的航空、航天、兵器用材料。

动态性能一般是指材料在高应变率下表现出的应力应变的关系，是穿甲型战斗部壳体的主要表征性能，具有短历时、高强度与高应变率(10²～10⁴S^-1)的特点，与静态(10^-5～10^-1S^-1)既有区别，又有联系。动态性能的一般衡量指标包括平均流变应力、最大塑性应变和冲击吸收能。而传统TC4(Ti-6Al-4V)钛合金壳体的动态性能低，且不稳定，严重影响材料的使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高动态性能近α型钛合金，解决了传统钛合金动态性能低、不稳定的问题。

本发明的另一目的是提供上述高动态性能近α型钛合金的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种高动态性能近α型钛合金，按照质量百分比由以下元素组成：Al：5.0％～6.8％，Zr：1.5％～2.4％，Mo：1.0％～1.9％，V：1.5％～2.5％，Fe：0.05％～0.30％，O：0.05％～0.14％，余量为Ti，以上组分质量百分比之和为100％。

本发明所采用的另一技术方案是，一种高动态性能近α型钛合金的制备方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，制备电极块：

采用AlMo、AlV、TiFe中间合金与海绵钛和TiO₂粉末进行单块电极混料，并压制成电极块；AlMo、AlV、TiFe中间合金与海绵钛和TiO₂粉末混合后，各元素的质量百分比为：Al：5.0％～6.8％，Zr：1.5％～2.4％，Mo：1.0％～1.9％，V：1.5％～2.5％，Fe：0.05％～0.30％，O：0.05％～0.14％，余量为Ti，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2，制备电极：

用夹具夹紧步骤1制得的电极块，采用非钨极氩气保护等离子箱将电极块焊接成圆柱形的电极；

步骤3，真空熔炼：

将步骤2制备得到的电极，在真空自耗电弧炉中进行3次真空熔炼，得到WSTi6211F钛合金铸锭；

步骤4，开坯锻造：

对WSTi6211F钛合金铸锭在其相变点以上进行高温开坯锻造；

步骤5，中间火次锻造：