[发明专利]一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料

说明书

本发明公开了一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料，由以下质量百分比的成分组成：Al 3.5％～5.5％，Mo 3.5％～4.5％，Cr 1.5％～4.5％，Zr 3.5％～4.5％，Sn 1.5％～2.5％，Fe 1％～2％，Nb 2％～4％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述β钛合金的力学性能为：抗拉强度1250MPa～1450MPa，断后伸长率10％～18％，断面收缩率30％～55％，疲劳强度800MPa～1100MPa。本发明β钛合金内添加有同晶型β稳定元素Mo、Nb，共析型β稳定元素Cr、Fe，以及中性元素Zr和Sn。Mo可以通过固溶强化使基体强化和细化晶粒，这种晶粒细化效应，也能起到改善塑性的作用；Nb改善钛合金的冷加工性及耐腐蚀性。Cr、Fe与钛形成的二元系中，存在共析转变，采用Zr和Sn避免出现共析脆性。

技术领域

本发明属于钛合金材料技术领域，具体涉及一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料及其管材、棒材和板材的制备方法。

背景技术

β型钛合金一般具有高的比强度和较低的弹性模量，同时兼有高韧性、高疲劳极限，以及优良的冷热加工性能，易锻造，可通过固溶时效处理获得较好的强塑性匹配。被广泛应用于航空航天、舰船、生物医疗等领域，是重要的结构材料之一。目前，典型的β钛合金有：Ti-38644、Ti-5553、Ti-15-3、β-CEZ和Ti-1023等，由于最初设计开发的应用目标不同，适于制备管材的β钛合金很少。由于β钛合金变形抗力大以及冷加工回弹大等特点，给β钛合金厚壁管材的冷加工增大了难度。厚壁管在时效强化处理后强度达到1200MPa以上时，塑性会大幅度降低，难以满足实用要求。所有在强度和冷加工性能等方面无法满足海军舰船以及航空航天领域对部分特殊性能材料的要求，世界各国对于提高管材的极限强度一直是一个热点。为满足我国航空、航天以及舰船等领域对高强钛合金管材(1250MPa以上)的需要，以国外先进成熟可靠、且使用过的β钛合金为基础，开展相关高强度高塑性适于冷加工的β钛合金材料研究，扩大推广我国β钛合金材料体系具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料。该β钛合金β稳定系数为1.36，Mo当量为15.526。较多的β稳定元素可以获得足够的β相及提高β相的稳定性。本发明的β钛合金内添加有同晶型β稳定元素Mo和Nb，共析型β稳定元素Cr、Fe，以及中性元素Zr和Sn。添加3.5％～4.5％的Mo，Mo可以通过固溶强化使基体强化，Mo的加入还可细化晶粒，这种晶粒细化效应，也能起到改善合金塑性的作用；添加2～5％Nb，可以改善钛合金的冷加工性及耐腐蚀性。从成本上来说，共析型的β稳定元素Cr、Fe更有优势，而且其β稳定作用也更强，但是该类元素与钛形成的二元系中，存在共析转变，在含量高时有可能生成化合物相，引起脆性，而本发明中采用中性元素3.5～4.5％Zr和1.5～2.5％Sn避免出现上述的共析脆性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 3.5％～5.5％，Mo 3.5％～4.5％，Cr 1.5％～4.5％，Zr 3.5％～4.5％，Sn 1.5％～2.5％，Fe 1％～2％，Nb 2％～4％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述β钛合金的力学性能为：抗拉强度1250MPa～1450MPa，断后伸长率10％～18％，断面收缩率30％～55％，疲劳强度800MPa～1100MPa，所述β钛合金的冷加工变形量大于40％。

上述的一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 4％～5％，Mo 3.8％～4.2％，Cr 2％～4.1％，Zr 3.9％～4.1％，Sn 1.9％～2.1％，Fe 1.0％～1.5％，Nb 2.7％～3.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。

上述的一种可冷成型的高强高塑β钛合金材料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 5％，Mo 4％，Cr 2％，Zr 4％，Sn 2％，Fe 1.5％，Nb 3％，余量为Ti和不可避免的杂质。