[发明专利]一种近β型高强韧钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种近β型高强韧钛合金，由以下质量百分数的成分组成：Al 4.0％～5.5％、Zr 0.8％～1.8％、Mo 3.0％～4.5％、V 1.0％～2.0％、Fe 1.5％～2.5％、Cr 2.5％～3.5％，B不超过0.12％，余量为Ti和不可避免的杂质；本发明还公开了一种近β型高强韧钛合金的制备方法，该方法采用大量的TA15回收料为原料。本发明分别采用Al‑Zr系、Mo‑V‑Cr‑Fe系共同强化钛合金中的α相和β相，增强了耦合强化效果，使其具有良好的强韧性匹配，控制其铝当量和钼当量，保证了钛合金兼具良好的强度和韧性；本发明采用TA15钛合金回收料作为原料，大大降低了制备成本。

技术领域

本发明属于钛合金技术领域，具体涉及一种近β型高强韧钛合金及其制备方法。

背景技术

钛具有许多的特性：密度低、比强度高、耐腐蚀、耐温区宽、焊接性能好，是一种理想的结构材料，对国防高技术、武器装备和民用行业的发展有极其重要的作用。航空、航天、舰船、兵器、化工等军工及商业领域都大量使用钛合金，并有逐步增大的趋势。但钛合金价格高，一般为钢的8-10倍，严重影响了其在兵器、舰船及化工等成本控制要求严苛的领域。更糟糕的是，近年来钛合金最主要的中间合金铝钒价格飞涨(Al55V由2017年的约240元/kg上涨至目前的600元/kg，且我国钢铁行业钒需求旺盛，铝钒中间合金价格将会在未来很长时间内保持高位)，导致目前应用最广泛的TC4钛合金(Ti-6Al-4V)生产成本每公斤上涨15元以上。

由于起步较晚，我国兵器工业目前缺乏专用的低成本、高比强度、高损伤容限型钛合金，即低成本高强韧钛合金，从而很难在保证使用安全、高效减重的前提下，将生产成本控制在比较低的范围。此外，由于兵器工业的应用特性，部分钛制品需要长期与地面或其它材料制备的结构件相互摩擦，因此对兵器用钛合金的耐磨性提出更高的要求。

国内外低成本高强钛合金的研制工作一直在进行。西北有色金属研究院研制的Ti12LC(Ti-4.5Al-7Mo-2Fe)合金、美国研制的LCB(Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5Al)，均采用廉价的Fe或Fe-Mo中间合金作为生产原料，可以显著降低材料成本，但合金依然具有良好的力学性能及热加工塑性。上述两个合金的抗拉强度均可达到约1100MPa，韧性与TC11相当，属于常规的高强低成本钛合金，但其比强度与更高强度的钛合金，特别是强度超过1400MPa的超高强钛合金相比，仍有一定的差距。此外，上述两个钛合金及现有的常规钛合金，其耐磨性与高强钢相比，均有很大的差距，对于履带等既有强度要求、又有耐磨性要求的结构件，目前尚无法满足设计要求。

在合金中加入少量的B元素，既可以改善合金的凝固特性，细化铸锭晶粒尺寸，又可在凝固后脱溶形成原位自生强化相TiB。弥散分布的原位自生硬质颗粒与基体结合牢固，可以有效改善合金的耐磨性及抗拉强度，但过量的硬质析出物，会损害合金的室温塑性及韧性，需要控制析出物的弥散度及总含量，从而达到较高的综合性能匹配，满足兵器工业部分领域对高强韧、高耐磨性钛合金的使用要求。

目前，我国钛残料回收技术进步明显，可用钛残料大批量制备满足国标要求的钛制品。我国钛工业每年产生大量的TA15钛合金残料，但TA15钛合金回收料制品，目前应用极少。航空、航天用TA15钛合金在各生产环节中产生的大量残废料，只能当普通废料处理，造成极大的资源浪费。若能开发出一种新型兵器用钛合金，可以大量使用TA15钛合金残料，并满足兵器用低成本、高强韧的应用要求，即可以解决大量TA15钛合金残料回收问题，又可推动钛合金在兵器领域的大范围应用，加速我国兵工装备的升级换代进程。

发明内容