[发明专利]轻量化高强度高弹性钛合金及其实现方法

说明书

一种轻量化高强度高弹性钛合金及其实现方法，该钛合金具体为Ti‑8Al‑2V‑1Cr‑0.75Zr，其中：Al含量为7.0‑9.5％，V含量为0.5‑4.0％，Cr含量为0.5‑3.5％，Zr含量为0.5‑2.0％，余量为Ti，通过采用海绵钛、钒铝铬、纯锆、纯铝、铝钒合金混合压制电极，通过电弧法熔炼铸成合金锭后锻造得到，本发明加工工艺环节简单，加工成本低，易于生产，适用于各应用领域对低密度高强度钛合金的要求。

技术领域

本发明涉及的是一种钛合金领域的技术，具体是一种密度小于4.40g/cm³、退火态强度>1100MPa、伸长率>10％、弹性模量＞130GPa的钛合金SJ1100及其实现方法。

背景技术

近年来，由于能源价格的不断攀升，对环境要求也越发苛刻，汽车制造业也提出轻量化的要求。一辆轿车的重量若减轻10％，油耗可降低8～10％。飞机和发动机质量每降低1kg，其使用费用通常可节约220～440美元/小时。因此，提高材料强重比是迫在眉睫之事。

Ti₃Al基合金属于Ti-Al系金属间化合物材料，具有密度低、比强度高和抗氧化性好等突出特点，被视为航空发动机性能提升的理想轻密度、耐高温结构材料。但是作为金属间化合物材料，拥有原子长程有序排列和金属键/共价键共存性特点，带来优异高温强度同时，也使得合金塑性偏低，是工程应用的最大障碍。需要进一步调整合金成分，以改进合金的塑性和韧性。

高强钛合金是指经过热处理后室温强度大于1100MPa的钛合金。近年来为满足飞机结构用钛的需求，高强钛合金得到了快速发展。高强钛合金主要包括α+β型钛合金、近亚稳β型钛合金和亚稳β型钛合金。高强钛合金一般通过锻造或轧制等塑性加工手段，以获得晶粒细小的组织，再通过进一步的退火、固溶处理、时效等热处理工艺以改变组织中α或β相的形态、种类、大小及体积分数等来达到提高其性能的目的。

钛合金的屈服极限与弹性极限比值较大，屈强比高，变形抗力和变形回弹量大，塑性较低，成形难度大，其加工工艺复杂，因此钛合金的制造成本高，也影响了钛合金向更多领域应用和推广。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种轻量化高强度高弹性钛合金及其实现方法，加工工艺环节简单，加工成本低，易于生产，适用于各应用领域对低密度高强度钛合金的要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种轻量化高强度高弹性钛合金SJ1100，即Ti-8Al-2V-1Cr-0.75Zr，其中：Al含量为7.0-9.5％，V含量为0.5-4.0％，Cr含量为0.5-3.5％，Zr含量为0.5-2.0％，余量为Ti。

所述的Al含量优选为7.0％-9.0％；选取Al为主要合金元素提高钛合金强度，并稳定钛合金中的α相，提高高温强度，同时降低钛合金密度。且由于Al含量增加太高，会降低钛合金的冷热加工性，故Al优选为7.0％-9.5％。

所述的V含量优选为0.5-3.5％；因Al含量的增加会降低冷热加工性能，通过加入少量的V来确保低密度的同时，提高冷热加工性能。且添加少量与钛具有相同晶体结构的V，起到抑制晶体形核、细化晶粒作用，保证该合金在高强度的情况下具有较高的塑性。同时不添加贵金属Mo，致使合金成本降低。

所述的Cr含量优选为0.5-3.0％；少量Cr和Zr元素可以提高钛合金的强度及抗氧化性能；其中，Cr主要起固溶强化作用，可提高合金的塑性、韧性和淬透性，还能够细化合金的铸态显微组织。

所述的Zr含量优选为0.5-1.8％，Zr为中性元素，可以通过固溶强化钛合金，对于提高合金强度、稳定α相及β相，抑制ω相的产生有一定作用。同时Zr的加入，抑制合金内部的氧化，降低了合金的弹性模量，保证合金的加工性良好，例如，能够改善合金的焊接性能。