[发明专利]一种高强高塑性Ti-Al-Zr-Mo-V系β钛合金及其热处理工艺

说明书

一种高强高塑性Ti‑Al‑Zr‑Mo‑V系β钛合金及其热处理工艺，将Ti‑Al‑Zr‑Mo‑V系β钛合金进行固溶处理，再进行时效处理；其中，Ti‑Al‑Zr‑Mo‑V系β钛合金按质量百分比计，包括4.5～5.5％的Al，3.5～4.5％的Zr，7.5％～8.5％的Mo，6.5～7.5％的V，余量为Ti。该合金经强韧化热处理后可获得优良的强塑性匹配。本发明合金既具有优良的室温力学性能，又具有流变抗力低、组织热敏感性小等加工优势。基于上述特性，使得本发明合金在生产盘类、轴类锻件以及紧固件中具有很大的竞争优势。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种高强高塑性Ti-Al-Zr-Mo-V系β钛合金及其热处理工艺。

技术背景

β钛合金由于其具有很高强度、优异的塑性韧性以及疲劳性能，一直受到国内外的广泛关注。尤其是近十年来，随着熔炼、热加工工艺及装备的不断发展，其在航空航天领域的用量快速增长。新一代β钛合金的发展目标是在大截面尺寸下获得优异综合力学性能的同时尽可能的提高加工成型性能，并降低成本。

早期的β钛合金合金化程度较高，大都属于高Mo当量的亚稳β合金，通过固溶加时效处理可以获得很高的强度。典型的代表有β-C合金、Ti-15-3合金，以及我国自主研制的TB2、 TB3合金。此类合金在熔炼过程中易形成宏观偏析以及β斑等缺陷，时效温度较高且易形成连续晶界α相以及无析出区(PFZ)。因此，其应用受到很大限制。近些年以VT-22、Ti5553、TB10 和β-CEZ为代表的β合金有效的克服了上述问题。此类合金Mo当量较低，兼具两相合金与β合金的性能优势，其锻件已成功应用于飞机起落架、连杆等关键零部件。然而，以Ti-5553 合金为例，该合金在1200MPa级别具有优良的塑韧性匹配以及疲劳性能，随着合金强度的升高，塑性显著下降。国内北京有色院研发的TB10合金经过适当的热处理工艺R_m可达到 1300MPa级别，但是在更高强度的服役环境中，其应用也受到限制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高强高塑性Ti-Al-Zr-Mo-V系β钛合金及其热处理工艺。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高强高塑性Ti-Al-Zr-Mo-V系β钛合金，按质量百分比计，包括4.5～5.5％的Al， 3.5～4.5％的Zr，7.5％～8.5％的Mo，6.5～7.5％的V，余量为Ti和不可避免的杂质。

本发明进一步的改进在于，按质量百分比计，4.95～5.09％的Al，4～4.2％的Zr，7.85％～8.05％的Mo，6.82～7.01％的V，余量为Ti和不可避免的杂质。

本发明进一步的改进在于，将Ti-Al-Zr-Mo-V系β钛合金进行固溶处理，再进行时效处理。

本发明进一步的改进在于，进行固溶处理，再进行时效处理的具体过程为：首先在两相区760～780℃进行3h固溶处理，水冷至室温，随后在580～600℃进行8h时效，空冷。

本发明进一步的改进在于，其特征在于，进行固溶处理，再进行时效处理的具体过程为：首先进行单相区835～855℃进行40～45min固溶处理，随炉以2～5℃/min冷却至580～600℃，并进行6～8h时效后空冷。

本发明进一步的改进在于，Ti-Al-Zr-Mo-V系β钛合金通过以下方法制得：选择相应的原料，采用冷坩埚悬浮熔炼方法，将原料散装入炉并进行多次悬浮熔炼获得铸锭，铸锭经过扒皮并切冒口后进行自由锻造，再经过开坯锻造、高温锻造以及锻后热处理获得Ti-Al-Zr-Mo-V 系β钛合金。