[发明专利]一种中强超高韧性钛合金及其制备方法

说明书

一种中强超高韧钛合金，包括以下重量百分比的原料：α稳定元素3.0~7.0%、β稳定元素2.0~6.0%和中性元素0.5~4.0%，余量为钛和不可避免的杂质，其中α稳定元素的化学组分为铝，β稳定元素的化学组分为钼和钒，中性元素的化学组分为锆和锡。其制备方法为：首先按照上述原料的重量百分比称重配料，均匀混合后压制成电极块；其次将电极块熔炼、铸锭车皮、去缩口；然后将铸锭加热后在加压设备上经开坯、锻造成锻件、加工成板坯；最后采用冷热轧机将板坯轧制为不同厚度的宽幅板材。本发明具有良好的压力加工性能和良好的拉伸塑性及可锻性，使用的材料具有很高的韧性，同时合金相变点低，合金的淬性好，在高温下组织的稳定性好。

技术领域

本发明属于船舶与海洋工程的钛合金丝材领域，具体涉及一种中强超高韧钛合金及其制备方法。

背景技术

作为船舶及海洋装备用合金，对材料本身有着特殊的要求，不仅要有足够的强度，而且要兼顾合适的韧性，因为船舶海洋工程用钛合金特殊的服役环境，基于安全可靠性的考虑，强度与韧性的匹配性作为一种钛合金性能重要的技术指标，越来越得到重视。为了满足高压容器“只漏不爆”的安全性要求，其安全性设计对钛合金的强度、塑性与韧性匹配提出了极高的要求，要求屈服强度不低于700MPa，延伸率不低于12%，冲击韧性不低于60J，断裂韧性不低于120MPa·m^1/2。中强超高韧钛合金综合性能要求高、技术跨度大，目前还缺少性能满足使用要求的钛合金材料。如我国船用钛合金体系中，屈服强度在600MPa-740MPa之间还是空白，缺少700MPa级中强超高韧钛合金；航空领域的TA17等合金塑韧性无法满足需求，因此急需开发一种新型中强超高韧钛合金，满足高压气瓶、液压空气瓶等船用高压容器的共性需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种中强超高韧钛合金及其制备方法。

本发明的技术方案是：一种中强超高韧钛合金，包括以下重量百分比的原料：α稳定元素3.0~7.0%、β稳定元素2.0~6.0%和中性元素0.5~4.0%，，余量为钛和不可避免的杂质，其中α稳定元素的化学组分为铝，β稳定元素的化学组分为钼和钒，中性元素的化学组分为锆和锡。

进一步优化，所述钛为工业级海绵钛。

进一步优化，所述杂质元素包括如下重量百分比的组分：碳含量不大于0.1%、铁含量不大于0.1%、氮含量不大于0.05%以及氧含量为0.06%。

进一步优化，述钛合金的材料性能为：R_m≥800MP、R_P0.2≥700MP、K钒₂≥60J、K_IC≥120MPa·m^1/2、K_ISCC≥90MPa·m^1/2

一种中强超高韧钛合金的制备方法，具体步骤如下：

步骤一、钼、钒元素以中间合金的形式加入，锡、锆、铝元素以纯金属的形式加入，按照上述原料的重量百分比称重配料，均匀混合后压制成电极块；

步骤二、将步骤一中的电极块真空自耗电弧熔炼，预熔真空度应达到1Pa以上，熔炼次数为3-6次，将熔炼后的铸锭车皮、去缩口，备用；

步骤三、将步骤二中的铸锭加热后在加压设备上经T_β+150℃开坯，开坯后在α+β相区锻造成锻件，经多火次加工，在空气锤、水压机、挤压机等设备上加工成板坯；

步骤四、采用冷热轧机将板坯轧制为不同厚度的宽幅板材。

进一步优化，所述步骤三中的加压设备为空气锤或压机中的一种。

本发明的有益效果是：