一种高强度α+β型的两相组织的钛合金及其板材制备方法

本发明涉及钛合金材料，具体涉及一种高强度α+β型的两相组织的钛合金及其板材制备方法。

背景技术：

1、钛金属被誉为“太空金属”和“海洋金属”，其在地球上的储存量排名第九。钛合金具有优异的性能，如：高比强度、耐腐蚀、无磁性等。

2、钛合金板材是钛合金加工材的重要品种之一，被广泛地应用于航空航天器、轮船壳体、潜艇耐压壳体、高强度张力构件、管路系统等。但由于钛合金中常常加入较多的mo、v、nb等合金元素导致其高昂的材料成本，严重限制了钛合金的大规模工业化应用。因此，发展低成本钛合金十分必要的。

3、例如ti-1023(ti-10v-2fe-3al)合金被广泛应用于飞机起落架等大尺寸关键承力构件，但其的进一步大规模应用已被其高成本所限制。使用廉价的合金元素是降低钛合金成本的一种重要方式，国内外也已经开展了一定的研究。

4、例如，美国timet公司使用廉价的al-fe中间合金取代mo元素，开发出了timetal62s低成本钛合金；我国使用廉价的fe-mo中间合金开发了ti8lc和ti2lc低成本钛合金。但上述合金由于合金化元素数量较少，限制了廉价的合金元素的大量使用，不利于进一步降低钛合金的应用成本。

5、因此，设计一种新的钛合金和配套的热处理工艺，能够使得钛合金板材满足航空航天方面的高强度性能要求。

技术实现思路

1、为了实现本发明的目的，所采用技术方案是：

2、一种高强度α+β型的两相组织的钛合金，包括以下成分：

3、al：2.5-3.5wt％，

4、v：3.0-3.5wt％，

5、mo：3.0-3.5wt％，

6、fe：5.0-5.5wt％；

7、cr：5.0-5.5wt％；

8、zr：0.5-1.5wt％，

9、余量为ti，

10、杂质成分<0.1wt％；

11、以上成分的百分比之和为百分之百。

12、在本发明的一个优选实施例中，所述杂质成分为：

13、o<0.1wt％；

14、h<0.006wt％；

15、n<0.01wt％。

16、一种高强度α+β型的两相组织的钛合金的制备方法，包括以下步骤：

17、将海绵钛、fe-v中间合金、fe-mo中间合金、fe-cr中间合金、纯al和纯zr按照比例混合，所述混合的质量比如下所示：

18、纯al 2.5-3.5wt％；

19、纯zr 0.5-1.5wt％；

20、fe-v中间合金5.0-5.8wt％；

21、fe-mo中间合金5.0-5.8wt％；

22、fe-cr中间合金6.0-6.6wt％；

23、海绵钛为余量；

24、使用水冷铜坩埚熔炼2-4次，以得到所述高强度α+β型的两相组织的钛合金的铸锭。

25、在本发明的一个优选实施例中，所述熔炼次数为3次，所述熔炼的温度不小于1800℃。

26、在本发明的一个优选实施例中，所述海绵钛、纯al和纯zr的纯度均为不低于99.9％。

27、一种高强度α+β型的两相组织的钛合金板材的制备方法，包括以下步骤：

28、将所述钛合金铸锭加热至βt以下30-50℃进行多道次轧制，以得到板坯；

29、将所述钛合金板坯在α+β两相区内进行固溶处理，固溶时间为0.5-1h，得到α+β两相组织板坯；

30、将所述α+β两相组织板坯在450-550℃进行时效处理，时效时间为6-8h，空冷至室温得所述高强度α+β型的两相组织的钛合金板材；所述高强度α+β型的两相组织的钛合金板材的内部为α+β两相组织，其强度>1300mpa，延伸率>15％。

31、在本发明的一个优选实施例中，所述钛合金铸锭加热至βt以下30-50℃进行多道次轧制，包括以下步骤：

32、(1)将钛合金铸锭加热至βt以下40-50℃进行第一次2-3道次横轧，得到第一板坯；

33、(2)将第一板坯加热至βt以下30-40℃进行第二次4-5道次纵轧，得到钛合金板坯。

34、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

35、本发明以al为α相稳定元素，以v、mo、fe、cr为β相稳定元素，以zr为中性元素。

36、本发明采用中间合金和高纯金属作为钛合金加入合金元素的主要方法，在控制钛合金成本的同时，还可以充分保证钛合金的低杂质含量。

37、本发明的目的是使用廉价的fe-mo、fe-v和fe-cr中间合金开发一种高强度α+β型的两相组织的钛合金。

38、本发明采用水冷铜坩埚熔炼的工艺，可以充分保证钛合金成分的均匀性。本发明通过在特定的温度下对钛合金铸锭进行轧制、固溶处理和时效处理，得到高强度α+β型的两相组织的钛合金板材，其强度>1300mpa，延伸率>15％，从而满足航空航天方面的高强度性能要求。

技术特征：

1.一种高强度α+β型的两相组织的钛合金，其特征在于，包括以下成分：

2.如权利要求1所述的一种高强度α+β型的两相组织的钛合金，其特征在于，所述杂质成分为：

3.如权利要求1或2当中任一项所述的一种高强度α+β型的两相组织的钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的一种高强度α+β型的两相组织的钛合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼次数为3次，所述熔炼的温度不小于1800℃。

5.如权利要求3所述的一种高强度α+β型的两相组织的钛合金的制备方法，其特征在于，所述海绵钛、纯al和纯zr的纯度均为不低于99.9％。

6.如权利要求1-5当中任意一项所述的一种高强度α+β型的两相组织的钛合金板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的一种高强度α+β型的两相组织的钛合金板材的制备方法，其特征在于，所述钛合金铸锭加热至βt以下30-50℃进行多道次轧制，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种高强度α+β型的两相组织的钛合金，其特征在于，包括以下成分：Al：2.5‑3.5wt％，V：3.0‑3.5wt％，Mo：3.0‑3.5wt％，Fe：5.0‑5.5wt％；Cr：5.0‑5.5wt％；Zr：0.5‑1.5wt％，杂质成分<0.1wt％；以上成分的百分比之和为百分之百。本发明还公开了其板材制备方法。本发明通过熔炼得到成分均匀的钛合金铸锭，再通过在特定的温度下对钛合金铸锭进行轧制、固溶处理和时效处理，得到高强度α+β型的两相组织的钛合金板材，其抗拉强度>1300MPa，延伸率>15％，从而满足航空航天方面的高强度性能要求。

技术研发人员：李重河,冯齐胜,陈光耀,高鹏越,王世华,段保华,毛露
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17