[发明专利]一种Ti-V-Mo-Zr-Cr-Al系高强亚稳β钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Ti‑V‑Mo‑Zr‑Cr‑Al系高强亚稳β钛合金及其制备方法，将Ti‑V‑Mo‑Zr‑Cr‑Al系亚稳β钛合金经过熔炼、热轧以及固溶时效处理后，可获得高强度同时具有一定塑性的高强钛合金。其中，Ti‑V‑Mo‑Zr‑Cr‑Al系钛合金按重量百分比计，包括4.0～8.0％的V，5.0～8.5％的Mo，0.5～1.5％的Zr以及1.5～4.0％的Cr，5.0～6.0％的Al，余量为Ti。本发明合金本发明的钛合金具有突出的力学性能，固溶态下，抗拉强度可达到769～855MPa，延伸率达到4.3～15.9％。固溶时效后，抗拉强度可达1350～1471MPa，并且具有一定的强度塑性匹配，延伸率达到2.9～7.2％。

技术领域

本发明属于高性能合金材料技术领域，具体为一种Ti-V-Mo-Zr-Cr-Al系高强亚稳β钛合金及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金具有优异的力学和物理性能，包括高比强度、低弹性模量、高疲劳抗力、高韧性、优异的耐腐蚀性、良好的可成形性和优异的生物相容性，在航空航天、能源行业、石油化工以及生物医学等领域都有广泛应用。对于高强钛合金Ti1023、Ti5553、Ti55531等来说，此类合金时效后屈服强度一般为1200～1300MPa左右，其锻件已成功应用于飞机起落架、连杆等关键零部件。

一般来说，高强高韧钛合金的类型主要以近β钛合金和亚稳β钛合金为主，Mo当量一般在7～15之间，该类合金兼具α+β两相和β相合金的性能特征，即在固溶态下，具有良好的冷加工性能、良好的强度、塑性和韧性综合力学性能，且热加工性能十分优异，淬透性高。但是随着服役条件的日益苛刻，现有钛合金材料的强度已经越来越难以满足新一代高强钛合金的服役需求。特别的，目前超高强钛合金在保持良好塑性条件下，抗拉强度在1300MPa级别，不超过1400MPa。因此，研发高强度且具有良好塑性变形能力的钛合金是目前亟需解决的关键问题。

发明内容

针对现有钛合金强度不能满足使用的问题，本发明提供一种Ti-V-Mo-Zr-Cr-Al系新型高强亚稳β钛合金及其制备方法，其抗拉强度达到1350～1471MPa。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种Ti-V-Mo-Zr-Cr-Al系高强亚稳β钛合金，按重量百分比计，包括4.0～8.0％的V，5.0～8.5％的Mo，0.5～1.5％的Zr以及1.5～4.0％的Cr，5.0～6.0％的Al，余量为Ti以及不可避免的杂质元素。

优选的，所述V、Mo、Zr、Cr、Al和Ti分别为高纯钒、高纯钼、高纯锆、高纯铬，高纯铝和高纯钛。

优选的，所述Mo当量的范围为7.5～11之间。

一种Ti-V-Mo-Zr-Cr-Al系高强亚稳β钛合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将原料按重量百分比混合均匀后，在氩气气氛下进行多次熔炼，冷却后得到铸锭；

步骤2、对得到的铸锭进行均质化处理；

步骤3、将质化处理后的铸锭在双相区的温度区间进行轧制，轧制的总变形量为80％～86％。

步骤4、将轧制后的铸锭在双相区的温度区间进行热处理，得到Ti-V-Mo-Zr-Cr-Al系高强亚稳β钛合金。

优选的，步骤1中采用感应悬浮熔炼，熔炼过程中感应电流为400～600A，电流频率为20～25KHz，待合金完全熔化后继续保持3～5min，冷却得到铸锭，熔炼次数不小于5次。

优选的，步骤2中均质化处理的方法为，在1000℃高温下进行均匀化处理1h。

优选的，所述双相区的温度区间为780～800℃。

优选的，轧制过程中，每道次轧制后回炉升温至双相区的温度区间并保温约2-5min，每道次变形量约5-15％。