[发明专利]一种高强钛合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高强钛合金及其制备方法，所述高强钛合金为Ti‑Al‑V‑M高强钛合金，按质量百分比由下述原料组成：Al5～6%，V 1.0～2.0%，Mo 1～1.5%，Ni 0.5～1.0%，Sn 0.5～1.0%，Zr 0.5～1.0%，余量为Ti。实验结果表明，本发明中的合金，与相同处理工艺获得的对比合金相比较，屈服强度提升9～22.43%，抗拉强度提升8.62～34.71%。

技术领域

本发明属于钛合金技术领域，具体涉及一种高强钛合金及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金具有比强度高、耐蚀、耐低温、无磁、生物相容性好等优异的综合性能，在海洋工程、生物医学、航空航天、化工、冶金、等领域均得到广泛的应用，是一种重要的战略金属。

结构钛合金以其出色的可加工性及力学性能，被应用在航空航天工业中强度高、形状复杂的零件制造方面，例如航空飞机的机翼接头结构件、机身与起落架连接框、吊挂发动机接头等部位,以及对强度及耐久性要求高的重要或关键承力部件的制作。但作为航空结构的传统钛合金来讲，其强度水平仍难以满足日益苛刻的工业服役标准，导致钛合金航空结构使用周期短，限制进一步应用，因此开发高强钛合金是一项极具意义的工作。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种高强钛合金及其制备方法，所得的合金具有较高的强度。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种高强钛合金，所述高强钛合金为Ti-Al-V-M高强钛合金，按质量百分比由下述原料组成：

Al5～6%，V 1.0～2.0%，Mo 1～1.5%，Ni 0.5～1.0%，Sn 0.5～1.0%，Zr 0.5～1.0%，余量为Ti。

进一步地，所述高强钛合金为带有网篮特征的魏氏组织，初生β晶粒清晰可见，内部为片层α相以及残留的细小的β相。

本发明还涉及一种高强钛合金的制备方法，包括如下步骤：

（1）原料的准备

按权利要求1或2所述的原料备料，原料纯度均高于99 wt%，将上述原料表面打磨去除氧化皮，然后分别用丙酮、乙醇进行超声清洗至少5 min，然后按各元素质量分数精确称量，以供合金熔炼使用；

（2）合金的熔炼

使用真空非自耗电弧炉，将清洗后的原料放置在水冷铜坩埚中，并将一块纯钛锭放在其中一个坩埚中，使用机械泵将炉体真空度抽至5Pa以下，然后开启自动真空，将真空度抽至5 × 10^-3Pa以下，关闭自动真空；

充入作为保护气氛的氩气至炉体内气压接近0.05 MPa左右，同时也保证熔炼过程中不会放电；首先熔炼纯钛锭一段时间，以消除炉腔内残余的氧气，随后将钨极调至离原料附近启动引弧，在原料完全熔化为液态后，继续熔炼，然后关闭电流，待合金冷却后将其翻转；如此反复以上操作数次，以获得成分均匀的合金。

进一步地，熔炼纯钛锭3min以消除炉腔内残余的氧气，随后将钨极调至离原料1-2mm左右启动引弧。

进一步地，熔炼的温度为2500～3000℃。

进一步地，继续熔炼2～4min。

进一步地，熔炼反复进行6～10次，确保得到的铸锭成分均匀。

本发明将合金原料熔炼后得到铸态合金锭。在本发明中，所述合金原料纯度均高于99 wt%。在熔炼前，将所述合金原料分别用丙酮、乙醇进行超声清洗至少5 min；本发明对所述超声清洗的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。

在本发明中，所述熔炼为真空非自耗电弧熔炼。当采用真空非自耗电弧熔炼时，首先将炉腔内真空度抽至5×10^-3Pa以下，然后再通入氩气至0.05 MPa；熔炼的温度优选为2500～3000℃；所述熔炼的时间优选为2～4min。