本发明属于钛合金
技术领域：
，具体涉及一种耐高应变速率冲击高强度钛合金。
背景技术：
：β钛合金具有较高的比强度和比刚度，而且大截面的钛合金零件具有优异的强度韧性和疲劳性能，锻造温度低，冷成型性能好等优点，在航空、航天、舰船、兵器以及化学工业等领域得到广泛的应用。β钛合金是含有足够量的β稳定化元素以抑制合金淬火至室温过程中发生马氏体相变的一类钛合金。常见的β稳定化元素有v、mo、nb、zr、sn、fe、cr、pd和ta等，其中mo、v、pd、ta、nb、zr、sn等合金化元素的成本很高，使β钛合金的材料成本居高不下。钛合金的屈服极限与弹性极限比值较大，屈强比高，变形抗力和变形回弹量大，塑性较低，成型难度大，其加工工艺复杂，因此钛合金的制造成本高，也影响了钛合金向更多的领域应用和推广。目前降低钛合金制造成本和使用成本的途径有两种：一种通过改进原材料(海绵钛)的生产方式来降低原材料的成本、采用廉价合金化元素；一种改善加工特性的合金设计，优化钛合金原始组织，简化钛合金的加工工艺、优化钛制品的加工技术等各种方法。其中采用廉价合金化元素的特点是采用了相对于al-v合金廉价的mo-fe合金作为中间合金达到降低原材料成本的目的，然而，mo仍然是贵重元素，成本降低有限；采用fe、al、si、cr、n、c等资源丰富的元素能达到大幅度降低钛合金成本。cr、fe为共析型β稳定元素，在ti合金、ti-al合金中存在共析转变，含量较高时可能生成化合物相，引起脆性，因此在合金元素选择及加入量方面应综合考虑。目前，关于廉价合金化元素方面的相关专利包括：授权公开号为cn101348876b，发明名称为《一种低成本高强度钛合金》的发明专利，其技术方案为采用al-v或fe-v中间合金、电解铬、纯钛或钛合金车屑、工业铁和海绵钛按设计成分混合压制电极，用常规真空自耗电弧炉二次熔炼铸成合金锭，合金成分的重量百分比组成为：al：4％-6％，v：1.9％-2.9％，cr：1％-3％，fe：1％-3％，余量为ti和不可避免的杂质。合金热处理后的拉伸性能为：抗拉强度为1000mpa-1358mpa，屈服强度为930mpa-1270mpa，延伸率为9％-18％，断面收缩率为20％-50％。该合金与t-6al-4v相比成本降低，但合金中仍然含有al-v或fe-v中间合金，且铬和铁的加入形式为电解铬和工业铁。授权公开号为cn101403058b，发明名称为《一种低成本α+β型钛合金》的发明专利，公开的钛合金成分按重量百分数计为：al：4.5-8％、cr：0.3-3％、fe：0.3-2％，其余为ti和不可避免的杂质；合金中还可含有mo：0-3％、sn：0-3％或zr：0-3％；其中cr以铝铬中间合金的形式加入，fe以铝铁中间合金的形式加入。该合金冷轧板材(0.8mm)沿轧向取样，室温力学性能为：抗拉强度870-1000mpa，屈服强度780-900mpa，伸长率16-31％；0.8-2mm厚ti-6al-4v板材的室温性能为抗拉强度925mpa，屈服强度870mpa，伸长率＞10％；其室温力学性能与ti-6al-4v相当。又如授权公开号为cn1962913a，发明名称为《一种可调节性能的低成本钛合金》的发明专利，在钛中加入al、fe、cr、ni、s、b、c、mo等八种元素，其中合金成分按重量分数计：al：0-3.5％，fe：0.3-2.0％，cr：0.1-0.5％，合金力学性能可调范围为：抗拉强度为350mpa-1250mpa，延伸率为5％-30％，断面收缩率为10％-55％；但合金中含有价格较高的金属ni和mo，一定程度上提高了合金的成本。钛合金在广泛的应用领域中经常遇到在应变速率大于103高速冲击载荷的作用，钛合金材料的组织类型和组织细节对其动态性能影响很大，不同的组织类型和组织细节，在动态加载条件下对应着不同动态性能和绝热剪切敏感性。钛合金构件在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响；当这些因素消失之后，若构件所受到的上述作用与影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内，则这种残留的作用与影响称为残留应力或残余应力。在各种无损测定残余应力的方法之中，x射线衍射法被公认为最可靠和最实用的。它原理成熟，方法完善，在国内外广泛应用于机械工程和材料科学。低成本耐高速冲击钛合金作为结构材料可以用在对成本要求较高的兵器及汽车等领域。国际通用的钛合金抗冲击性能采用霍普金森压杆进行测试后所采集的应力应变曲线进行表征，其表征的主要参数为最大均匀塑性应变和冲击吸收功。动态压缩试验样品发生破坏的情况下应力不随应变的增大而变化或变化转小的阶段所对应的应变量为最大均匀塑性应变。动态应力-应变曲线中最大均匀塑性应变段下所围面积的积分值为冲击吸收功。一般情况其动态性能可最大均匀塑形应变大于0.25，其冲击吸收功大于300mj/m3被认为具有良好的耐冲击性能。技术实现要素：本发明针对现有钛合金技术的不足，提供了一种耐高速冲击高强度钛合金，该钛合金中各组分重量百分比为al：0～3％，cr：4.1～5.5％，fe：2～3％，b：0～0.30％，余量为钛，其中cr/fe为1.6～2.3，所述钛合金的kβ值范围是1.0～1.4，kβ计算公式如下所示，kβ＝c1/ck1+c2/ck2+c3/ck3+…+cn/ckn，其中cn为合金元素在合金内的重量百分含量，ck为常用β稳定元素的临界重量百分浓度，其特征在于，所述钛合金中残余应力在50～-200mpa时，钛合金具有优异的耐冲击性，最大均匀塑形应变大于0.25，冲击吸收功大于300mj/m3。所述的一种耐高速冲击高强度钛合金，其特征在于，所述耐高速冲击高强度钛合金按照上述配比，采用市售的海绵钛、纯al、纯cr、cr-fe中间合金、al-ti-b中间合金，压制成自耗电极，经过二次真空自耗电弧炉熔炼，制成ti-al-cr-fe-b系合金铸锭；在950℃～1100℃开坯，变形量60％，经过多次降温至750℃～820℃镦粗拔长，累积变形量大于70％，制成一定规格的棒材或板材，并将制得的棒材或板材在合金相变点以下10℃～60℃，1小时空冷或者炉冷后，获得残余应力在50～-200mpa时，钛合金具有优异的耐高速冲击性能。然后，进行霍普金森压杆实验测定材料的动态性能。所述的一种耐高速冲击高强度钛合金，其特征在于，所述市售海绵钛、纯al、纯cr的纯度均大于98％。本发明的有益效果：根据初生α相的体积含量对耐高速冲击性能的影响，发明设计出满足高速冲击状态下使用的钛合金；该钛合金具有优异的耐冲击性，最大均匀塑形应变大于0.25，冲击吸收功大于300mj/m3。根据初生α相的形貌对耐高速冲击性能的影响，确定残余应力值，提高高速冲击状态下使用的钛合金的性能，有助于扩大钛合金的应用领域。具体实施方式本发明提供了一种低成本耐高速冲击高强度钛合金，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。实施例1将市售0级海绵钛、al豆(纯度大于99％)、纯cr(纯度大于99％)、cr-fe中间合金，按照表1成分配比进行配料，混合后压制成自耗电极，经过二次真空自耗电弧炉熔炼，得到ti-3.5al-2.3fe-4.5cr合金铸锭，其kβ值为1.102。合金铸锭在1050℃开坯，变形量60％，采用多次降温换向锻造，终锻温度为800～850℃，累积变形量80％，制成900×75×35mm的方棒；对方棒上切材取样，进行780℃/0.5h/fc热处理，测得其残余应力在50mpa时。对其进行霍普金森压杆实验测得其最大均匀塑形应变为0.28，冲击吸收功可达310mj/m3。表1实施例1中合金的成分配比合金元素alfecroti合金含量(wt％)32.34.50.17bal.实施例2将市售0级海绵钛、al豆(纯度大于99％)、纯cr(纯度大于99％)、cr-fe中间合金，按照表2成分配比进行配料，混合后压制成自耗电极，经过二次真空自耗电弧炉熔炼，得到ti-3al-2.5fe-5.1cr合金铸锭，其kβ值为1.228。合金铸锭在1050℃开坯，变形量60％，采用多次降温换向锻造，终锻温度为780～810℃，累积变形量75％，而经过两相区轧制后制成φ18mm的棒材。对棒上切材取样，进行700℃/0.5h/fc热处理，测得其残余应力在-198mpa时。对其进行霍普金森压杆实验测得其最大均匀塑形应变为0.25，冲击吸收功可达300mj/m3。表2实施例2中合金的配比成分合金元素alfecroti合金含量(wt％)32.55.10.12bal.实施例3将市售0级海绵钛、al豆(纯度大于99％)、纯cr(纯度大于99％)、cr-fe中间合金按照表3成分配比进行配料，混合后压制成自耗电极，经过一次真空自耗电弧炉熔炼和一次电子束熔炼，得到ti-3al-2fe-4.51cr合金扁铸锭，其kβ值为1.044。合金铸锭在1050℃直接轧制开坯，变形量60％，采用多次降温轧制，终轧温度700-830℃累积变形量85％，制成δ30×300×1000mm的板材。对板材上切材取样，进行845℃/2h/fc热处理，测得其残余应力在-150mpa时。对其进行霍普金森压杆实验测得其最大均匀塑形应变为0.25，冲击吸收功可达305mj/m3。表3实施例3中合金的配比成分合金元素alfecroti合金含量(wt％)324.510.15bal.实施例4将市售0级海绵钛、al豆(纯度大于99％)、纯cr(纯度大于99％)、cr-fe中间合金，b粉按照表1成分配比进行配料，混合后压制成自耗电极，经过二次真空自耗电弧炉熔炼，得到ti-3al-3fe-5.5cr-0.3b合金铸锭，其kβ值为1.386。合金铸锭在1050℃开坯，变形量60％，采用多次降温换向锻造，终锻温度为700～750℃，累积变形量90％，制成900×75×25mm的方棒。对方棒上切材取样，进行700℃/0.5h/fc热处理，测得其残余应力在-30mpa时。对其进行霍普金森压杆实验测得其最大均匀塑形应变为0.27，冲击吸收功可达300mj/m3。表4实施例4中合金的配比成分合金元素alfecrboti合金含量(wt％)335.50.30.1bal.实施例5将市售0级海绵钛、al豆(纯度大于99％)、纯cr(纯度大于99％)、cr-fe中间合金，b粉按照表1成分配比进行配料，混合后压制成自耗电极，经过二次真空自耗电弧炉熔炼，得到ti-3al-2.3fe-4.3cr-0.1b合金铸锭，其kβ值为1.045。合金铸锭在1050℃开坯，变形量60％，采用多次降温换向锻造，终锻温度为700～820℃，累积变形量90％，制成900×55×35mm的方棒。对方棒上切材取样，进行840℃/0.5h/fc热处理，测得其残余应力在80mpa时。对其进行霍普金森压杆实验测得其最大均匀塑形应变为0.29，冲击吸收功可达310mj/m3。表5实施例5中合金的配比成分合金元素alfecrboti合金含量(wt％)32.34.30.10.18bal.上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本
技术领域：
的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。当前第1页12