本发明属于金属材料制备加工
技术领域：
，尤其涉及一种近β型高强度钛合金及其制备方法。
背景技术：
：目前广泛应用的商业高强度近β钛合金有ti-1023(ti-10v-2fe-3al)，ti-5553(ti-5al-5mo-5v-3cr)，和ti-7333(ti-7mo-3cr-3nb)，这些合金都或使用了较大含量的fe和cr等元素，fe和cr属于钛合金中的共析型元素，可以提高合金的强度，但是由于fe和cr在钛合金的熔铸过程中容易发生偏析，甚至和ti元素发生共析反应生成feti和ticr2等脆性金属间化合物，因此fe和cr的添加大大增加了钛合金的熔铸难度。同时由于合金铸锭的偏析以及可能产生的feti和ticr2等脆性金属间化合物，使钛合金在后续的热加工锻造过程中容易开裂，这也增加了合金加工难度。由于cr和fe元素容易偏析，目前为止，国内多数钛合金公司尚不能制备出性能稳定的fe≥1％和cr≥3％的钛合金。所以推出一种不含fe、cr等易偏析元素的高强度钛合金显得极为迫切。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成分均匀、偏析少、锻造不易开裂、强度高、塑性高、成本低且易回收的近β型高强度钛合金及其制备方法。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种近β型高强度钛合金，所述钛合金的重量百分比组成为：mo：3～9％，al：4～7.75％，v：3～5％，o：≤0.2％，c：≤0.08％，n：≤0.05％，余量为钛和不可避免的杂质。优选地，所述近β型高强度钛合金的重量百分比组成为：mo：5～7％，al：5～7％，v：3～5％，o：≤0.2％，c：≤0.08％，n：≤0.05％，余量为钛和不可避免的杂质。优选地，所述近β型高强度钛合金的重量百分比组成为：mo：6％，al：6％，v：4％，o：≤0.2％，c：≤0.08％，n：≤0.05％，余量为钛和不可避免的元素。优选地，所述近β型高强度钛合金的钼当量[mo]当为5～12.5，铝当量[a1]当为4～8；[mo]当的计算公式为：[mo]当＝0.67v+1mo；[a1]当的计算公式为：[a1]当＝al。作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的近β型高强度钛合金的制备方法，包括以下步骤：(1)按照配比，称取海绵钛、al-v中间合金、al-mo中间合金，纯al，得到混合原料；(2)将步骤(1)所得的混合原料压制成电极；(3)将步骤(2)所得的电极经过二次熔炼，制成ti-al-mo-v合金铸锭；(4)将步骤(3)所得的ti-al-mo-v合金铸锭开坯第一次锻造，得到大尺度锻件；(5)对步骤(4)所得的大尺寸锻件进行第二次锻造，得到较大尺寸棒材；(6)对步骤(5)所得的较大尺寸棒材进行第三次锻造，得到小尺寸棒材；(7)对步骤(6)所得的小尺寸棒材取样后进行固溶处理，空冷；然后进行时效处理，空冷，得到所述的一种近β型高强度钛合金。优选的，所述步骤(4)中，所述第一次锻造的温度为1000℃～1050℃，变形量为40～60％。优选的，所述步骤(5)中，所述第二次锻造的温度为850～900℃，变形量为65～85％。优选的，所述步骤(6)中，所述第三次锻造的温度为800～850℃，变形量为75～95％。优选的，所述步骤(7)中，所述固溶处理的温度为700℃～900℃，时间为0.5～1h。优选的，所述步骤(7)中，所述时效处理的温度为460～620℃，时间为4～8h。与现有技术相比，本发明的优点在于：1、本发明所提出的近β型高强度钛合金，主要包括ti，al，v，mo等主要元素，成分设计是以ti-6al-4v合金为基础，其原料与加工制作工艺成本和ti-6al-4v合金接近，但是其强度达到了1228～1539mpa，同时合金的伸长率可以达到4.5～10.8％，其强度远超ti-6al-4v的900mpa，具有广泛的应用前景。2、目前广泛应用的商业高强度近β钛合金有ti-1023(ti-10v-2fe-3al)，ti-5553(ti-5al-5mo-5v-3cr)，和ti-7333(ti-7mo-3cr-3nb)，这些合金都或使用了较大含量的fe和cr等元素，但是由于fe和cr在钛合金的熔铸过程中容易发生偏析，造成合金性能不稳定。目前国内大多数钛合金企业尚不能熔铸出较高含fe或含cr的钛合金。而本发明所提出的近β型高强度钛合金，不含fe，cr等易偏析元素，其中mo和v为钛合金中最常用的同晶型β稳定元素，在熔铸过程中不易发生偏析，同时在锻造过程中不易开裂，具有制备过程简单，性能稳定等优点。3、此外，本发明所提出的近β型高强度钛合金所含合金元素数量较少，具有容易回收等特点。附图说明图1为实施例1制备的近β型高强度钛合金的微观组织。图2为实施例2制备的近β型高强度钛合金的微观组织。图3为实施例3制备的近β型高强度钛合金的微观组织。具体实施方式以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。实施例1：本实施例的一种近β型高强度钛合金，包括下述重量百分比的化学元素:mo：6％，al：6％，v：4％，o：≤0.2％，c：≤0.08％，n：≤0.05％，余量为钛和不可避免的杂质。上述本实施例的一种近β型高强度钛合金的制备方法为：按上述比例称量海绵钛、al-v中间合金、al-mo中间合金、纯al、其中，钛由海绵钛提供，v由al-v中间合金提供，mo由al-mo中间合金提供，al由纯al和al-v，al-mo中间合金提供，得到混合原料；按设计成分混合后压制成电极，采用真空自耗电弧熔炼炉将所述电极熔炼二次制备得到直径为160mm合金铸锭，在液压机或锻锤等自由锻造设备上进行开坯锻造，锻造温度为1050℃，变形量约为50％。之后合金在850～900℃进行二次锻造成1000mm×80mm×40mm的方棒变形量为75％，之后把合金切割为40mm×40mm×20mm方块并且在800～850℃三次锻造成约320mm×10mm×10mm的长条状，变形量约为75％。将上述制得的棒材进行固溶时效处理，该合金在700℃固溶处理0.5小时后空冷，在500℃时效处理6小时空冷至室温，测定合金强度和塑性。所得的棒材取样，热处理，热处理完毕后进行结构和性能的表征。从图1中可以看出，本实施例热处理后的低成本高强度高钛合金的微观组织主要是粗片状α相，和锻造时产生的球状α相，而次生α相数量较少，从表1可知，该合金抗拉强度达到1228mpa，伸长率达到10.8％，具有良好的强塑性匹配，在汽车、化工、电气、航空航天等领域作为高性能合金材料具有非常广阔的应用前景。实施例2：本实施例的一种近β型高强度钛合金，包括下述重量百分比的化学元素:mo：6％，al：6％，v：4％，o：≤0.2％，c：≤0.08％，n：≤0.05％，余量为钛和不可避免的杂质。上述本实施例的一种近β型高强度钛合金的制备方法为：按上述比例称量海绵钛、al-v中间合金、al-mo中间合金、纯al、其中，钛由海绵钛提供，v由al-v中间合金提供，mo由al-mo中间合金提供，al由纯al和al-v，al-mo中间合金提供，得到混合原料；按设计成分混合后压制成电极，采用真空自耗电弧熔炼炉将所述电极熔炼二次制备得到直径为160mm合金铸锭，在液压机或锻锤等自由锻造设备上进行开坯锻造，锻造温度为1050℃，变形量约为50％。之后合金在850～900℃进行二次锻造成1000mm×80mm×40mm的方棒变形量为75％，之后把合金切割为40mm×40mm×20mm方块并且在800～850℃三次锻造成约320mm×10mm×10mm的长条状，变形量约为75％。将上述制得的棒材进行固溶时效处理，该合金在830℃固溶处理0.5小时后空冷，在530℃时效处理6小时空冷至室温，测定合金强度和塑性。所得的棒材取样，热处理，热处理完毕后进行结构和性能的表征。从图2中可以看出，本实施例热处理后的低成本高强度高钛合金的微观组织主要由初生的球状α相，和次生的针状α相组成，从表1可知，该合金抗拉强度达到1417mpa，伸长率达到6.4％，具有良好的强塑性匹配，在汽车、化工、电气、航空航天等领域作为高性能合金材料具有非常广阔的应用前景。实施例3：本实施例的一种近β型高强度钛合金，包括下述重量百分比的化学元素:mo：6％，al：6％，v：4％，o：≤0.2％，c：≤0.08％，n：≤0.05％，余量为钛和不可避免的杂质。上述本实施例的一种近β型高强度钛合金的制备方法为：按上述比例称量海绵钛、al-v中间合金、al-mo中间合金、纯al、其中，钛由海绵钛提供，v由al-v中间合金提供，mo由al-mo中间合金提供，al由纯al和al-v，al-mo中间合金提供，得到混合原料；按设计成分混合后压制成电极，采用真空自耗电弧熔炼炉将所述电极熔炼二次制备得到直径为160mm合金铸锭，在液压机或锻锤等自由锻造设备上进行开坯锻造，锻造温度为1050℃，变形量约为50％。之后合金在850～900℃进行二次锻造成1000mm×80mm×40mm的方棒变形量为75％，之后把合金切割为40mm×40mm×20mm方块并且在800～850℃三次锻造成约320mm×10mm×10mm的长条状，变形量约为75％。将上述制得的棒材进行固溶时效处理，该合金在850℃固溶处理0.5小时后空冷，在500℃时效处理6小时空冷至室温，测定合金强度和塑性。所得的棒材取样，热处理，热处理完毕后进行结构和性能的表征。从图3中可以看出，本实施例热处理后的低成本高强度高钛合金的微观组织主要由初生的球状α相，和次生的针状α相组成，从表1可知，该合金获得了超高的抗拉强度，达到1539mpa，同时伸长率达到4.5％，在汽车、化工、电气、航空航天等领域作为高性能合金材料具有非常广阔的应用前景。表1实施例1～3的近β型高强度钛合金的力学性能表实施例热处理制度rm/mparp0.2/mpaa/％实施例1700℃/0.5h/ac+500℃/6h/ac1228114310.8实施例2830℃/0.5h/ac+530℃/6h/ac141712986.4实施例3850℃/0.5h/ac+500℃/6h/ac153914364.5以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。当前第1页12