[发明专利]800MPa级别电子束增材专用钛合金丝材及制备方法

说明书

本发明涉及船舶与海洋工程的钛合金丝材领域，具体的说是800MPa级别电子束增材专用钛合金丝材及制备方法。钛合金丝材成分及其重量百分比为铝：6%‑7%、铌：3%‑4%、锆：2%‑3%以及钼：0.8%‑1.5%，余量为钛，其中的合金元素铝为钛合金丝材的α相稳定元素，合金元素钼和铌为钛合金丝材的β稳定相元素，合金元素锆为钛合金丝材的中性元素。该丝材能够满足电子束增材制造工艺需求，在船舶与海洋工程构件电子束熔丝增材制造方面具有良好的技术应用与市场前景。

技术领域

本发明涉及船舶与海洋工程的钛合金丝材领域，具体的说是800MPa级别电子束增材专用钛合金丝材及制备方法。

背景技术

钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀、无磁等优异的性能，特别是在海水和酸性烃类化合物中具有良好的耐蚀性，是船舶与海洋工程特别是含盐环境优选的材料，因此，钛合金被誉为“海洋金属”。

随着增材制造的快速发展，海洋工程构件及舰船装备的不断更新，为促进增强我国海洋事业和海军的发展，对钛合金大型复杂构件的快速增材制造技术提出了更大的需求，如大潜深耐压壳体、水面舰艇等对钛合金局部复杂构件的快速制造和在航修复等。海洋用800MPa级别的α型中强高韧钛合金能满足耐压、耐蚀等特殊使用工况，如深潜器等深海装备及船用耐压结构件。目前，国内沈阳金属所发明的中强高韧性电子束熔丝堆积快速成形构件用钛合金丝材是一种960MPa强度级的α+β型钛合金丝材，能够满足电子束熔丝堆积快速成型工艺及构件性能的需要。但国内尚没有针对海洋用800MPa级别的α型钛合金电子束增材构件的专用丝材，已有的结构件、焊材，不能满足增材制造尤其是电子束增材的需求。因此，针对该种合金，开发一种专用的满足电子束增材制造的专用钛合金丝材已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在提供一种800MPa强度级电子束熔丝堆积快速成形构件用中强高韧近α型船用钛合金丝材以及其制备方法，该丝材能够满足电子束增材制造工艺需求，在船舶与海洋工程构件电子束熔丝增材制造方面具有良好的技术应用与市场前景。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：800MPa级别电子束增材专用钛合金丝材，钛合金丝材成分及其重量百分比为铝：6%-7%、铌：3%-4%、锆：2%-3%以及钼：0.8%-1.5%，余量为钛，其中的合金元素铝为钛合金丝材的α相稳定元素，合金元素钼和铌为钛合金丝材的β稳定相元素，合金元素锆为钛合金丝材的中性元素。

优选的，所述钛合金丝材的[铝]_当＞6%，[钼]_当＜2.5，β相含量在10%以内，其中的[铝]_当=%铝+%锆/6，[钼]_当=%钼+%铌/3.3。

制备800MPa级别电子束增材专用钛合金丝材的方法，包括以下步骤：

1）、合金成分配料：按照所述钛合金丝材成分及重量百分比配料制得混合物，其中的钼元素和铌元素以铝钼和铝铌中间合金的形式加入，锆元素以纯金属的形式加入，铝元素部分以纯金属的形式加入，部分以铝钼和铝铌中间合金的形式加入；

2）、铸锭熔炼：将步骤1）中制得的混合物采用真空自耗电弧熔炼技术制得铸锭，铸锭过程中的预熔真空度为10^-2Pa以上，熔炼次数≥3次；

3）、开坯锻造或铸造：首先将步骤2）中制得的铸锭经车皮和去缩口后，再经加热并通过空气锤开坯或通过压机T_β+150℃开坯，然后将开坯后的铸锭以α+β相区锻造，经多火次加工，最后在在空气锤、水压机或挤压机设备上加工成锻棒；

4）、丝材拉拔：采用焊丝拉拔机将步骤3）中制得的锻棒拉拔成丝材；

5）、热处理：将步骤4）中制得的丝材进行T_β-150℃热处理退火制得所述钛合金丝材。