提高钛合金动态性能的微合金化方法、材料及应用与流程

本发明涉及钛合金制备的，尤其涉及一种提高钛合金动态性能的微合金化方法，以及根据这种提高钛合金动态性能的微合金化方法制造的钛合金材料、应用。

背景技术：

1、钛合金稳定、质轻、耐腐蚀、耐高低温，是装备最为理想材料，被广泛应用于制造炮塔、炮管、舱盖及导弹战斗部等，美俄等军事强国均已实现了钛合金材料在装备领域上的广泛应用，如美国，已在m1“艾布拉姆斯”主战坦克、m2“布莱德雷”战车上应用了钛合金，有效提升了战车的机动性和抗弹性能；美国的agm-848h、“战斧”巡航导弹、明兵洲际导弹和俄罗斯的“x-31a”和“马斯基特”超声速反舰导弹等也都使用了钛合金，有效的减轻了导弹重量，提高了装填比，提高了打击能力。

2、ta15钛合金名属于高al当量的近α型钛合金，具有良好的热强性、加工性能和较强的抗冲击性能，被应用于高速冲击下装甲板和导弹战斗部等部件。标准ta15钛合金在10-3/s级应变速率下的动态强度＜1500mpa，动态塑性＜0.25，冲击吸收能＜360j/cm-3。随着防护装甲和新一代导弹对多种目标的战术指标要求的不断提高，迫切需要进一步提升ta15钛合金的高应变速率下的抗冲击性能(10-3/s级应变速率下的动态强度≥1600mpa，动态塑性≥0.27，冲击吸收能≥410j/cm-3)。为此国内外也开展了大量的研究工作，较为普遍的做法是通过调控组织来调整合金的高应变速率抗冲击性能，然而合金的塑性和强度是典型的矛盾体，提升塑性的同时强度必然下降，反之亦然，且锻造和后续热处理需要控制的因素较多，流程长，工序复杂。

技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种提高钛合金动态性能的微合金化方法，从根本上细化ta15钛合金铸锭晶粒、降低杂质元素不利影响，有利保证了ta15钛合金棒材的组织均匀性，使合金具有较高的静态强度的同时，又显著提升钛合金动态性能。

2、本发明的技术方案是：这种提高钛合金动态性能的微合金化方法，其包括以下步骤：

3、(1)将0a级海绵钛、海绵zr、al-mo中间合金、al-v中间合金，铝豆和al-la中间合金混合后压制，堆垛成电极，焊接电极后进行var熔炼成ta15钛合金铸锭；

4、(2)将ta15钛合金铸锭依次在相变点以上100～200℃进行单相区开坯和在相变点以下20～50℃进行两相区锻造，得到锻态ta15钛合金棒材坯料；

5、(3)将ta15钛合金棒材坯料在840℃保温2～6h后炉冷至500℃，空冷得到ta15钛合金棒材。

6、间隙型合金化元素o和共析型合金化元素fe，可以显著提升钛合金的强度水平，但同时会对钛合金的塑性产生不利影响。本发明采用微合金化方法，采用0a级海绵钛，实现严格控制ta15钛合金中的o元素和fe元素低含量的目的。在此基础上添加la元素，利用la元素在ta15钛合金中低溶解度降低了固液界面处的熔点，促进形核过程、增加形核速率，从根本上细化ta15钛合金铸锭晶粒，减少了锻造火次；此外利用la元素可以与合金中的o元素、fe元素和si元素发生强烈的交互作用而吸附在晶界处，降低合金中杂质元素含量的同时阻碍晶粒的生长而达到细化晶粒的效果，且这些析出相对晶界也有强烈的钉扎作用，保证了合金的强度。因此，显著提升ta15钛合金动态性能。

7、还提供了这种提高钛合金动态性能的微合金化方法制造的钛合金材料。

8、还提供了这种钛合金材料在制备装备中的应用。

技术特征：

1.提高钛合金动态性能的微合金化方法，其特征在于：其包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的提高钛合金动态性能的微合金化方法，其特征在于：所述步骤(1)中，ta15钛合金铸锭由以下质量百分数的成分组成：al 5.1～7.1％，mo 0.5～2.5％，v0.8～2.5％，zr 1.5～2.5％，la 0.05～0.25％，fe≤0.06％，si≤0.01％，o≤0.06％，c≤0.02％，

3.根据权利要求2所述的提高钛合金动态性能的微合金化方法，其特征在于：所述步骤(1)中，0a级海绵钛的颗粒度为3～12.7㎜。

4.根据权利要求3所述的提高钛合金动态性能的微合金化方法，其特征在于：所述步骤(2)中，随炉冷却的冷却速度为0.5℃/min～2℃/min。

5.根据权利要求1所述的提高钛合金动态性能的微合金化方法，其特征在于：所述步骤(1)中，ta15钛合金铸锭由以下质量百分数的成分组成：al 6.95％，mo 2.0％，v 2.35％，zr2.35％，la 0.08％，fe 0.04％，si 0.008％，o 0.04％，c 0.01％，n 0.008％，h 0.001％，其余为ti；所述步骤(2)中，ta15钛合金3吨级铸锭依次在相变点以上100～200℃进行2火次单相区开坯锻造、在相变点以下20～50℃进行4火次两相区拔长锻造，得到φ100mm规格的锻态ta15钛合金棒材坯料；所述步骤(3)中，将ta15钛合金棒材坯料在840℃保温1.5h后炉冷至500℃，空冷后机加得到ta15钛合金棒材。

6.根据权利要求1所述的提高钛合金动态性能的微合金化方法，其特征在于：所述步骤(1)中，ta15钛合金铸锭由以下质量百分数的成分组成：al 7.05％，mo 2.42％，v 2.33％，zr 2.43％，la 0.14％，fe 0.04％，si 0.007％，o 0.035％，c 0.01％，n 0.007％，h0.001％，其余为ti；所述步骤(2)中，ta15钛合金5吨级铸锭依次在相变点以上100～200℃进行2火次单相区开坯、在相变点以下20～50℃进行3火次两相区镦拔锻造和2火次两相区拔长锻造，得到φ300mm

7.根据权利要求1所述的提高钛合金动态性能的微合金化方法，其特征在于：所述步骤(1)中，ta15钛合金铸锭由以下质量百分数的成分组成：al 6.97％，mo 1.93％，v 2.47％，zr 2.30％，la 0.22％，

8.根据权利要求1-7任一项所述的提高钛合金动态性能的微合金化方法制造的钛合金材料。

9.根据权利要求8所述的钛合金材料在制备装备中的应用。

技术总结
提高钛合金动态性能的微合金化方法、材料及应用，从根本上细化TA15钛合金铸锭晶粒、降低杂质元素不利影响，有利保证了TA15钛合金棒材的组织均匀性，使合金具有较高的静态强度的同时，又显著提升钛合金动态性能。包括：(1)将0A级海绵钛、海绵Zr、Al‑Mo中间合金、Al‑V中间合金，铝豆和Al‑La中间合金混合后压制，堆垛成电极，焊接电极后进行VAR熔炼成TA15钛合金铸锭；(2)将TA15钛合金铸锭依次在相变点以上100～200℃进行单相区开坯和在相变点以下20～50℃进行两相区锻造，得到锻态TA15钛合金棒材坯料；(3)将TA15钛合金棒材坯料在840℃保温2～6h后炉冷至500℃，空冷得到TA15钛合金棒材。

技术研发人员：蔡成,彭晖,李卫,樊凯,李超,华培涛
受保护的技术使用者：湖南湘投金天钛业科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16