[发明专利]一种多组元高强度钛合金的设计方法

说明书

本发明公开了一种多组元高强度钛合金的设计方法，包括以下步骤：1.熔铸所研究体系特定成分的合金铸锭；2.把合金铸锭切割所需尺寸的立方体形状；3.制备多元扩散节。4.把制备的扩散多元节进行真空扩散退火。5.把扩散退火后的扩散多元偶进行固溶和时效处理。测定时效处理后的多元扩散偶某一原合金区域内不同地方的某一成分合金的显微组织和显微硬度，之后确定此合金所对应的特定成分，建立钛合金“成分‑组织‑硬度”对应关系的数据库。7.根据该数据库，进行高强度钛合金的成分设计。与传统合金法相比，该方法省时省力，快速高效，加快了合金设计进程；与其他合金快速设计方法相比，本方法更具有针对性，具有很强的实用价值。

技术领域

本发明涉及钛合金设计技术领域，尤其涉及一种多组元高强度钛合金的快速设计方法。

背景技术

由于钛合金具有较高的强度和较低的密度，成为一种重要的轻质结构材料，在航空航天领域得到了广泛的应用且具有良好的发展前景。在当代社会飞速发展的潮流下，我国航空航天工业也得到了长足的发展，因此对各类型钛合金的需求越来越多，对钛合金性能的要求也越来越高。目前，钛合金使用技术水平较高的主要有美国，俄罗斯和日本。我国的钛合金工业起自上世纪60年代，并取得了长足的发展，但由于基础薄弱等一些因素，我国在钛合金方面尤其是高强度钛合金与国外仍有一定差距，主要表现在自主创新研发能力较弱，多数处于模仿与仿制阶段。所以我国要想达到甚至超过国外水平，加强自身的自主创新能力，开发出具有自主知识产权和具有世界一流水平的自主牌号的高强度钛合金显得尤为重要。

目前，国内研究人员对于高强度钛合金的研发进行了广泛的探索，但由于研究方法的局限性，针对多组元高强度钛合金的基础研究和产品研制还存在一些问题。1.钛合金中合金化元素众多，且微化合金元素在钛合金中所占质量比较大，如β21S(Ti15V3Al3Cr3Sn)和Ti15-3(Ti15Mo3Al3Nb0.25Si)高强度合金，仅Mo和V在合金中分别所占比就达到了15wt.％。而常规合金法实验所涉及的合金成分范围偏窄，且难以精确确定各个合金元素的含量；先前的一些扩散多元节的合金设计方法，通常选用纯金属来制作扩散多元节，目的性不强，且所进行实验的合金成分是离散分布的，一些可能存在的优越性能的成分可能被错过。2.如果要精确确定合金成分，传统合金法需要做大量实验为基础，将会有很大的经济消耗而且试验周期很长，极其费时费力。

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，提供一种快速高效、可靠、成功率高的多组元高强度钛合金的设计方法。通过该材料设计方法，可以快速获得合金“成分-组织-硬度”的对应关系，进而针对性的进行合金设计，与传统方法相比，该方法可获得更大范围的合金成分，精确确定合金成分，而且快速高效，省时省力。用这种方法进行高强度钛合金成分设计，具有很强的实用价值。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种多组元高强度钛合金的设计方法，包括以下步骤：

(1)按照配比，分别称取原料，熔炼后成型钛合金a、钛合金b、钛合金c、钛合金d和钛合金e共五种成分的钛合金铸锭；

(2)将步骤(1)所得的五种钛合金铸锭切割形成设定尺寸的立方体；

(3)将步骤(2)中的立方体按照钛合金a、钛合金b和钛合金c的顺序依次堆叠并固定，烧结后得到三元扩散节A；将步骤(2)中的立方体按照钛合金a、钛合金b和钛合金d的顺序依次堆叠并固定，烧结后得到三元扩散节B；

(4)将步骤(2)中剩余的立方体以及步骤(3)所得的三元扩散节按照长度方向上顺序依次为钛合金d、三元扩散节A、钛合金e、三元扩散节B和钛合金c的方式堆叠并固定，烧结后得到多元扩散节；所述多元扩散节中，三元扩散节A高度方向上的合金顺序依次为钛合金a、钛合金b和钛合金c，三元扩散节B高度方向上的合金顺序依次为钛合金a、钛合金b和钛合金d；

(5)将步骤(4)所得的多元扩散节进行扩散退火处理，得到多元扩散偶；