本发明涉及船舶工程技术领域，具体涉及一种船舶用强度冲击韧性相协调的钛合金制备工艺。
背景技术：
船舶是一种主要在地理水中运行的人造交通工具，另外，民用船一般称为船，军用船称为舰，小型船称为艇或舟，其总称为舰船或船艇,内部主要包括容纳空间、支撑结构和排水结构，具有利用外在或自带能源的推进系统，外型一般是利于克服流体阻力的流线性包络，材料随着科技进步不断更新，早期为木、竹、麻等自然材料，近代多是钢材以及铝、玻璃纤维、亚克力和各种复合材料，而钛合金是以钛元素为基础加入其他元素组成的合金，钛有两种同质异晶体：钛是同素异构体，熔点为1668℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α-钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β-钛，钛合金具有强度高、热强度高、抗蚀性好、低温性能好等优点，因此可应用在船舶领域。
中国专利文献(公告号：cn107058800b)公开了一种中强度耐蚀可焊止裂钛合金，所述的钛合金按照质量百分数由以下组分组成：α稳定元素al3.0-7.0％；β稳定元素mo、v、nb和ni共1.5-4.5％；中性元素zr和sn共0.5-3.0％；si元素0.01～0.3％；余量为ti和不可避免的杂质；其中，mo的质量百分数为0-1％、v的质量百分数为0-3％、nb的质量百分数为0-1％和ni的质量百分数为0.5％；zr的质量百分数为0-2％、sn的质量百分数为0-3％，该钛合金强度虽得到一定提高，但冲击韧性较差，强度、冲击韧性得不到相协调，易出现裂纹，继而影响整体性能。
中国专利文献(公告号：cn106636739b)公开了一种海洋工程用中等强度高冲击韧性钛合金，由以下质量百分比的成分组成：al1.5％～3.5％，zr0.5％～3％，mo0.5％～2％，nb0.5％～3％，余量为ti和不可避免的杂质，该钛合金强度、冲击韧性虽得到改善，但不同的材料以及制备工艺不同，对钛合金的性能影响很大，基于此，本发明经过进一步研究，制备出强度、冲击韧性相协调，性能更佳的钛合金。
技术实现要素：
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种船舶用强度冲击韧性相协调的钛合金制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种船舶用强度冲击韧性相协调的钛合金制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：称取以下重量百分比原料：al3.0-5.0％、cr2.5-3.5％、mo0.4-1.6％、sc0.8-1.2％、ce0.1-0.5％、fe0.02-0.08％、余量为ti；
步骤二，将步骤一中原料进行混合，随后采用激光同步送粉设备利用单向扫描制备预钛合金材料，再将预钛合金材料先进行超声冲击，随后进行热处理工艺，即得本发明的船舶用强度冲击韧性相协调的钛合金。
优选地，所述船舶用强度冲击韧性相协调的钛合金由以下以下重量百分比原料组成：al4.0-5.0％、cr3.0-3.5％、mo0.8-1.6％、sc1.0-1.2％、ce0.3-0.5％、fe0.04-0.08％、余量为ti。
优选地，所述船舶用强度冲击韧性相协调的钛合金由以下以下重量百分比原料组成：al4.0％、cr3.0％、mo1.0％、sc1.0％、ce0.3％、fe0.05％、余量为ti。
优选地，所述激光同步送粉设备以1000-1100nm波长的激光器作为热源，光斑直径为1.6-2.0mm。
优选地，所述单向扫描中扫描速度为450-550mm/min，扫描功率为1100-1200w。
优选地，所述单向扫描中扫描速度为500mm/min，扫描功率为1150w。
优选地，所述超声冲击条件为冲击电流为2.0-4.0a，冲击速率为10-20mm/s，冲击时间为10-20min。
优选地，所述超声冲击条件为冲击电流为3.0a，冲击速率为15mm/s，冲击时间为15min。
优选地，所述热处理工艺先将温度以5-15℃/min升至750℃，保温50-60min，随后将温度以1℃/min降至600℃，保温1-2h，最后采用2℃/min将温度从600℃降至室温。
优选地，所述热处理工艺先将温度以10℃/min升至750℃，保温55min，随后将温度以1℃/min降至600℃，保温1.5h，最后采用2℃/min将温度从600℃降至室温。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明添加的cr能够细化晶粒，对钛合金起到强化作用，改善合金的强度、韧性，mo可进一步提高合金的韧性，但mo含量过高冲击韧性反而降低，因此控制在0.4-1.6％，本发明添加sc能够促进次生α相由细小针状变成棒状，合金抗裂纹形成和扩展的能力提高，冲击韧性可显著提高，添加ce可细化晶粒尺寸，同时促进次生α相较叉排列，具有显著的强度作用，可提高合金的强度，但含量过高抑制次生α相由细小针状变成棒状，限制合金强度，本发明将其含量控制在0.1-0.5％，添加微量的fe可以使fe与al形成化合物，提高原料间的稳定性，同时fe可提高合金的拉伸、屈服强度等性能，原料之间相互协配，钛合金的强度、韧性得到相协调，现有文献中出现采用激光熔化沉积技术可改善合金的性能，因此本发明将其应用在钛合金上，经过研究发现，当扫描功率为1150w时，合金晶粒尺寸减小，抗拉强度和屈服强度均得到提高，但韧性有所减少，经过超声冲击后再热处理工艺，可显著改善钛合金的强度、韧性性能，本发明在热处理工艺时，先升温至750℃，最后以低速率分别降至600℃、室温，经过实验研究发现，均能显著改善强度、韧性性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1.
本实施例的一种船舶用强度冲击韧性相协调的钛合金制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：称取以下重量百分比原料：al3.0％、cr2.5％、mo0.4％、sc0.8％、ce0.1％、fe0.02％、余量为ti；
步骤二，将步骤一中原料进行混合，随后采用激光同步送粉设备利用单向扫描制备预钛合金材料，再将预钛合金材料先进行超声冲击，随后进行热处理工艺，即得本发明的船舶用强度冲击韧性相协调的钛合金。
本实施例的激光同步送粉设备以1000nm波长的激光器作为热源，光斑直径为1.6mm。
本实施例的单向扫描中扫描速度为450mm/min，扫描功率为1100w。
本实施例的超声冲击条件为冲击电流为2.0a，冲击速率为10mm/s，冲击时间为10min。
本实施例的热处理工艺先将温度以5℃/min升至750℃，保温50min，随后将温度以1℃/min降至600℃，保温1h，最后采用2℃/min将温度从600℃降至室温。
实施例2.
本实施例的一种船舶用强度冲击韧性相协调的钛合金制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：称取以下重量百分比原料：al5.0％、cr3.5％、mo1.6％、sc1.2％、ce0.5％、fe0.08％、余量为ti；
步骤二，将步骤一中原料进行混合，随后采用激光同步送粉设备利用单向扫描制备预钛合金材料，再将预钛合金材料先进行超声冲击，随后进行热处理工艺，即得本发明的船舶用强度冲击韧性相协调的钛合金。
本实施例的激光同步送粉设备以1100nm波长的激光器作为热源，光斑直径为2.0mm。
本实施例的单向扫描中扫描速度为550mm/min，扫描功率为1200w。
本实施例的超声冲击条件为冲击电流为4.0a，冲击速率为20mm/s，冲击时间为20min。
本实施例的热处理工艺先将温度以15℃/min升至750℃，保温60min，随后将温度以1℃/min降至600℃，保温2h，最后采用2℃/min将温度从600℃降至室温。
实施例3.
本实施例的一种船舶用强度冲击韧性相协调的钛合金制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：称取以下重量百分比原料：al4.0％、cr3.0％、mo1.0％、sc1.0％、ce0.3％、fe0.05％、余量为ti；
步骤二，将步骤一中原料进行混合，随后采用激光同步送粉设备利用单向扫描制备预钛合金材料，再将预钛合金材料先进行超声冲击，随后进行热处理工艺，即得本发明的船舶用强度冲击韧性相协调的钛合金。
本实施例的激光同步送粉设备以1050nm波长的激光器作为热源，光斑直径为1.8mm。
本实施例的单向扫描中扫描速度为500mm/min，扫描功率为1150w。
本实施例的超声冲击条件为冲击电流为3.0a，冲击速率为15mm/s，冲击时间为15min。
本实施例的热处理工艺先将温度以10℃/min升至750℃，保温55min，随后将温度以1℃/min降至600℃，保温1.5h，最后采用2℃/min将温度从600℃降至室温。
对比例1.
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是激光熔化沉积技术改为常规的熔化在铸造技术。
对比例2.
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是未添加fe。
对比例3.
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是750℃降至600℃、室温时将降低速率提高。
对比例4.
采用中国专利文献(公告号：cn107058800b)公开了一种中强度耐蚀可焊止裂钛合金中实施例1原料及方法。
实施例1-3及对比例1-4性能测试结果如下
从实施例3及对比例1-4得出，本发明实施例3相对于对比例4屈服强度提高了175mpa、抗拉强度提高了280mpa、冲击韧性提高了19j、断裂韧性提高了13mpa.m1/2，改善率分别为17.59％、25.5％、42.2％、15.5％；采用激光熔化沉积技术屈服强度提高了120mpa、抗拉强度提高了150mpa，但冲击韧性却下降了，但下降效果较低，改善降温速率，屈服强度、抗拉强度、冲击韧性均有显著改善。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。