[发明专利]一种高强高韧耐蚀钛合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强高韧耐蚀钛合金及其制备方法，属于合金领域，所述钛合金的元素成分（按质量百分数）组成分别为：Al：3.0~7.0%；β稳定元素（Mo+Nb+V）2.0~6.0%，Ta：0.01~6.0%；Zr：0.5~3.5%；余量为Ti和不可避免的杂质。合金性能为：R_p0.2≥840MPa，R_m≥940MPa，A≥8%，K_IC≥110MPa•m^1/2，K_ISCC≥100MPa•m^1/2，KV₂≥60J。该合金在船舶和海洋工程等领域具有良好的技术应用与市场前景。

技术领域

本发明属于合金领域，具体地，涉及一种高强高韧耐蚀钛合金及其制备方法。

背景技术

钛及其合金具有密度低、比强度高、无磁性、以及优异的耐腐蚀性等一系列优点，已在海洋开发上得到广泛的应用，目前已经成为重要的结构材料，被称为“海洋金属”。

作为船舶及海洋装备用合金，对材料本身有着特殊的要求，不仅要有足够的强度，而且要兼顾合适的韧性。因为船舶海洋工程用钛合金特殊的服役环境，尤其是含盐环境中，对钛合金的抗应力腐蚀能力有特别高的要求。近几年后我国海洋事业和海军的发展日益增长，对钛合金材料的强度、韧性和塑性也提出了更高的要求，如油井管、深潜器等水下耐压构件要求钛合金具有较高的强度和冲击韧性。

目前国内外主要代表性的高强钛合金有Ti62222S、BT22、Ti1023、TB2和TB10等，这些合金抗拉强度较高，但塑性和断裂韧性较低，不能满足海洋环境的特殊使用工况，如一些船舶发生海损事故的重要原因就是由于材料的脆性。这对海洋装备的服役安全性、可靠性造成重大隐患，因此需要开发一种断裂韧性、抗拉强度、耐海水腐蚀性能和屈服强度等综合性能良好的新型高强高韧耐蚀钛合金。

发明内容

针对现有技术所面临的问题，本发明的目的一在于提供一种高强高韧耐蚀钛合金，目的二在于进一步提供制备所述钛合金的制备方法。

为了实现上述目的，本发明发明采用的具体方案为：

一种高强高韧耐蚀钛合金，按照质量百分数，所述钛合金包含以下元素组分：α稳定元素：3.0~7.0%；β稳定元素：2.0~6.0%；Ta：0.01~6.0%；Zr：0.5~3.5%；余量为Ti和不可避免的杂质；所述α稳定元素为Al；所述β稳定元素为Mo、Nb和V中的至少一种。

作为对上述方案的进一步优化，按照质量百分数，所述钛合金包含以下元素组分：6%的Al、1%的Mo、2%的Zr、3%的Nb和3%的Ta，余量为Ti和不可避免的杂质。

作为对上述方案的进一步优化，按照质量百分数，所述钛合金包含以下元素组分：4.5%的Al、2%的Zr、3%的Nb、0.5%的Ta和2%的V，余量为Ti和不可避免的杂质。

本发明进一步提供制备上述高强高韧耐蚀钛合金的方法，包括以下步骤：

步骤一：合金成分配料：按照质量百分数，对锆、铝、铌、钼、钒、钽元素进行称重配料，完全混合后压成电极；其中，称重配料过程中，铌、钼、钒、钽元素以中间合金的形式加入，锆、铝元素以纯金属的形式加入；

步骤二：铸锭熔炼：铸锭采用真空自耗电弧熔炼技术制备，制备过程中，预熔真空度为1Pa，熔炼次数为≥3次；在铸锭熔炼起弧阶段，时间控制在2-6min；在正常熔炼阶段，电流在2000A以上，时间在15-20min；在收弧补缩阶段，电流强度分节依次降低；将制备的铸锭车皮后，去缩口，然后进行开坯锻造；