[发明专利]一种增强增韧亚稳β钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种增强增韧亚稳β钛合金，按照重量百分比有以下元素组成：Al：3.6％～6.0％，Mo：3.0％～5.0％，V：3.0％～5.0％，Cr：2.0％～5.9％，Nb：1.0％～4.0％，Fe：0.4％～2.0％，O：0.05％～0.3％，余量为Ti和不可避免的杂质，杂质元素总量不超过0.15％，以上组分重量百分比之和为100％。本发明还公开了上述钛合金的制备方法。本发明通过改变Nb元素的添加形式，避免了富Nb不熔块的高密度夹杂缺陷的形成。采用阶梯式变功率熔炼工艺参数，提高了铸锭化学成分均匀性，保证了WSTi544432亚稳β钛合金的成分均匀和性能稳定性。

技术领域

本发明属于钛合金技术领域，具体涉及一种增强增韧亚稳β钛合金，本发明还涉及上述亚稳β钛合金的制备方法。

背景技术

WSTi544432名义成分为Ti-5Al-4Mo-4V-4Cr-3Nb-2Fe，是一种亚稳β型钛合金。WSTi544432合金具有较高的比强度和室温延伸率，其断裂韧性更是优于传统Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe系亚稳β钛合金，当强度达到1350MPa级别时，K_IC仍可达到65MPa·m^0.5，而美国的Timetal555、俄罗斯的VST55531以及国内TC18钛合金在相同强度水平下，K_IC仍均小于50MPa·m^0.5，无法满足大尺寸航空结构件需求。

WSTi544432钛合金中Nb元素属于弱β稳定元素，其原子半径与Ti基体原子接近，具有良好的无限互溶性，不会与基体发生相变，而Cr元素在时效强化热处理过程中易与Ti基体反应，进一步形成脆性Ti₂Cr第二相，导致在疲劳裂纹在脆性相与基体界面处形成裂纹并扩展，极大限制了合金的服役性能。诸如俄罗斯VT15、Ti-V13CA以及国内TB2等合金。与之相反，TiNb合金是良好的超导线材及铆钉材，具有良好的冷加工性能，经过时效处理后无任何析出相，但不能产生时效强化效果。

因此，如何获得强度、塑性以及韧性的综合匹配的新型亚稳β钛合金，是本领域研究人员的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种增强增韧亚稳β钛合金，具有较高的强度、塑性和韧性。

本发明的另一目的是提供上述增强增韧亚稳β钛合金的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种增强增韧亚稳β钛合金，按照重量百分比由以下元素组成：Al：3.6％～6.0％，Mo：3.0％～5.0％，V：3.0％～5.0％，Cr：2.0％～5.9％，Nb：1.0％～4.0％，Fe：0.4％～2.0％，O：0.05％～0.3％，余量为Ti和不可避免的杂质，杂质元素总量不超过0.15％，以上组分重量百分比之和为100％。

本发明所采用的另一技术方案是，一种增强增韧亚稳β钛合金的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，制备自耗电极：

称取粉末状铝钒铌合金、颗粒状铝钼合金、铝铬和铝铁合金、铝豆、小颗粒海绵钛，将各原料混合，压制成电极块，采用等离子电弧将电极块焊接为自耗电极；

步骤2，真空自耗熔炼：

采用真空自耗电弧炉将步骤1得到的自耗电极进行三次真空熔炼，即得到WSTi544432钛合金铸锭。

本发明的特点还在于，

粉末状铝钒铌合金粒径不超过0.8mm。

铝钒铌合金中各元素重量百分比为Al：48.0％～52.0％，V：30.0％～34.0％，Nb：16.0％～20.0％，余量为不可避免杂质元素，以上元素重量百分比之和为100％。

步骤2中第一次熔炼参数为：熔炼电压32～36V，熔炼电流20～24kA。