[发明专利]一种高强度高塑性α+β型钛合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及本发明属于金属材料制备加工技术领域，尤其涉及一种高强度高塑性α+β型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以钛元素为主的α+β型钛合金有Ti62222S(Ti₆Al₂Sn₂Mo₂Cr₂Zr_0.25Si)Ti-6242(Ti₆Al₂Sn₄Zr₆Mo)和BT23(Ti₅Al_4.5V₂Mo₁Cr_0.6Fe)这些合金强度主要在1100～1200Mpa，合金强度低；另外在开发中的以双合金元素为主的α+β型钛合金，成本极高，如专利号为201310541532.1，“一种钛锆基合金的制备方法”所述钛合金中所含合金元素重量百分比为：Al：5％；V：3％；Zr：30％-51％；虽然其合金的抗拉强度(微米尺寸检测)达到了1500Mpa级别，延伸率(微米尺寸检测)达到7～8％，但是，该合金中Zr含量很高，甚至超过了50％，是一种Ti-Zr合金而不是传统意义上的钛合金，由于Zr的密度较高，高的Zr含量会降低次合金的比强度(即相同重量下合金的强度)；且Zr具有高成本，高的Zr含量必将导致合金成本上升。另外，该专利所介绍的加工方法及性能检测方法中提到，该合金所提供的样品和拉伸试样是厚度为0.3mm(300μm)的样品，已经达到了微米级别，众所周知，金属材料存在普遍存在尺寸效应，即合金尺寸下降某个临界尺寸(通常为微米级)或者以下时，通常强度，塑性等性能会有较大幅度的变动(通常会使强度塑性大幅提高)，所以该专利所述合金在正常尺寸样品时性能不可能有其微米尺寸性能高。此外，该尺寸的样品并不适合实际应用。该专利所提供的资料来看，其所表现出的性能优势主要是由于其复杂的热加工工艺，即在室温下进行轧制，而室温轧制对轧机要求很高，而且效率缓慢，这无疑也增加了成本。因此，有必要开发一种低成本、高强度高塑性的以钛元素为主的以α+β型钛合金。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种低成本、高强度高塑性的以钛元素为主的以α+β型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：

一种高强度高塑α+β型钛合金，所述钛合金的重量百分比组成为：Zr：20～30％，Al：4.5～7.75％，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，所述钛合金的重量百分比组成为：Zr：23～28％，Al：5～7％，V：3.5～4.5％，O：≤0.2％，C：≤0.08％，N：≤0.05％，余量为钛余量为钛和不可避免的杂质。

优选地，所述钛合金的重量百分比组成为：Zr：25％，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。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种如上述的高强度高塑性α+β型钛合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照配比，称取海绵钛、Al-V中间合金、纯Al、纯Zr，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-Zr-V合金铸锭；

(4)将步骤(3)所得的Ti-Al-Zr-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，得到所述的高强度高塑性α+β型钛合金。

优选地，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％。

优选地，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％。

优选地，所述步骤(6)中，所述第三次锻造的温度为750～780℃，变形量为80～95％。

优选地，所述步骤(7)中，所述固溶处理的温度为740℃～820℃，时间为0.5～1h。