[发明专利]一种高强度高韧性亚稳态β钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度高韧性亚稳态β钛合金及其制备方法，该Ti‑Al‑Mo‑V‑Cr‑Zr亚稳态β钛合金其组分的重量百分比为：包括4.5～5.5％的Al，6.5～9.0％的Mo，1～4％的V，1.5～4％的Cr，1～2.5％的Zr，余量为Ti及其它一些不可避免的杂质。本发明合金经过熔炼、热轧以及热处理后可获得强度与塑性的良好匹配。本发明将V元素进一步降低到3.5％左右，并加入较为廉价的Cr元素，可以一定程度上降低成本。同时，一定量的Cr、Mo元素的加入用以强化β基体，提升多元合金的固溶强化效果。本发明将合金屈服强度提升至1518MPa，同时兼具5.3％的断裂总延伸率，因此满足新一代高强高韧钛合金的需求。

技术领域

本发明涉及钛合金制备方法，具体为一种高强度高韧性亚稳态β钛合金及其制备方法。

背景技术

钛合金具有密度小、耐腐蚀性能好、力学性能优良、无磁性等特点，在多个领域都获得了广泛的应用。同时，钛合金的密度一般为4.51g/cm³左右，仅为钢的60％，一些高强钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其它金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件，因此可作为航空航天等领域的重要结构件。

针对目前高强韧钛合金而言，Ti-10V-2Fe-3Al体系应用较为广泛，但是该体系含有10％较为昂贵的V元素，从而具有较高的成本；同时，Ti-1023中含有质量分数为2％的Fe元素，在熔炼时容易因成分偏析产生“β斑点”。这些“斑点”实质上是一种β转变温度比基体低的富Fe区，从而导致合金性能不稳定，这两大缺点限制了Ti-1023进一步的应用和发展。Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr钛合金是法国AIRBUS公司和俄罗斯VSMPO公司共同开发的新型近β钛合金，为了进一步提升屈服强度，该合金体系添加大量稳定β相的合金元素。Ti-55531具有高比强度，良好的断裂韧性和强塑性的匹配，已用于空客A382发动机挂架和机翼间的连接装置。通过添加一定含量的Mo、Cr元素，用来稳定β相，少量中性元素Zr也可以强化时效后的β基体。典型热处理条件下合金的强度可从1100MPa～1310MPa，延展性约为10％～20％。对于Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr体系来说，其时效后屈服强度一般为1300MPa左右，但是随着科技的发展，现有材料的强度已经越来越难以满足新一代高强高韧钛合金的需求。

因此，为了进一步降低能源消耗，秉承绿色可持续发展理念以及航空航天更加轻量化的要求，开发新一代高强高韧钛合金成为亟需解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高强度高韧性亚稳态β钛合金及其制备方法，能够有效提升合金的屈服强度。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种高强度高韧性亚稳态β钛合金，该合金为Ti-Al-Mo-V-Cr-Zr六元体系，各元素的质量百分比为：4.5～5.5％的Al，6.5～9.0％的Mo，1～4％的V，1.5～4％的Cr，1～2.5％的Zr，余量为Ti及其它一些不可避免的杂质。

优选的，该合金为Ti-Al-Mo-V-Cr-Zr六元体系，各元素的质量百分比为：4.4～4.8％的Al，8.6～9％的Mo，3.4～3.8％的V，1.6～2％的Cr，1～1.4％的Zr，余量为Ti及其它一些不可避免的杂质。

一种高强度高韧性亚稳态β钛合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将各原料按照质量百分比混合均匀；

步骤2、在氩气气氛下，对步骤1形成的合金混合物进行多次熔炼，冷却后得到铸锭；

步骤3、将铸锭高温均质化处理；

步骤4、对步骤3得到的均质化处理的铸锭在双相区或单相区进行热轧，累计轧制变形量为80～90％，轧制完成后冷却至室温；