[发明专利]一种α-β型高强、高冲击韧性钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种α‑β型高强、高冲击韧性钛合金，由以下质量百分数的成分组成：Al4.5％～6.0％、Zr1.5％～2.5％、Mo0.5％～2.5％、V0.5％～2.0％、Fe0.5％～2.0％、Cr1.5％～3.0％，余量为Ti和不可避免的杂质；本发明还公开了一种钛合金的制备方法，该方法以大量TA15回收料为原料。本发明的钛合金通过控制Moeq和Aleq，有效提高了其强度、塑性及韧性，满足了高强韧性能的匹配，同时分别采用Mo‑V‑Cr‑Fe系、Al‑Zr系强化β相和α相，增强了耦合强化效果，提高了强韧性匹配；本发明以TA15回收料为原料，降低了制备成本，解决了TA15残料的回收问题。

技术领域

本发明属于钛合金技术领域，具体涉及一种α-β型高强、高冲击韧性钛合金及其制备方法。

背景技术

钛具有许多的特性：密度低、比强度高、耐腐蚀、耐温区宽、焊接性能好，是一种理想的结构材料，对国防高技术、武器装备和民用行业的发展有极其重要的作用。航空、航天、舰船、兵器、化工等军工及商业领域都大量使用钛合金，并有逐步增大的趋势。但钛合金价格高，一般为钢的8～10倍，严重影响了其在兵器、舰船及化工等成本控制要求严苛的领域的应用。更糟糕的是，近年来钛合金制备原料中最主要的中间合金铝钒价格飞涨(Al55V由2017年的约240元/kg上涨至目前的600元/kg，且我国钢铁行业钒需求旺盛，铝钒中间合金价格将会在未来很长时间内保持高位)，导致目前应用最广泛的TC4钛合金(Ti-6Al-4V)生产成本每公斤上涨15元以上。

由于兵器领域、特别是“武装车辆”的材料应用特性，对材料的抗冲性有较高的要求，前期多采用高密度的合金钢。随着新形势下，我国兵器工业对产品机动性、可输运性提出更高的要求，急需研制一种低成本高强、高冲击韧性钛的钛合金，取代传统的合金钢。我国现有的高冲击韧性钛合金多为近α型或β稳定元素含量较低的贫两相型钛合金，如Ti80(Ti-6.0Al-2.5Nb-2.2Zr-1.2Mo，冲击韧性a_KU≥50J/cm²)等，但该类合金由于合金化程度低，特别是Moeq(钼当量)偏低，抗拉强度一般不超过900MPa，无法满足兵器工业高强、高抗冲击性的应用要求，且近α型钛合金热加工塑性相对较差，生产成本及原料成本居高不下，严重制约其在兵器工业的应用。

西北有色金属研究院研制的Ti8LC(Ti-6Al-1Fe-1Mo)、Ti12LC(Ti-4.5Al-7Mo-2Fe)合金，美国研制的Ti62S(Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si)和LCB(Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5Al)，采用廉价的Fe或Fe-Mo中间合金作为生产原料，可以显著降低材料成本，且其热加工塑性均相对较好，可进一步降低加工成本。但上述合金冲击韧性相对一般，无法满足兵器工业对材料高强、高抗冲击性及低成本的应用要求。

随着我国钛工业生产技术的进步及过程管理的完善，目前，国内钛残料回收技术进步明显，TC4、商业用纯钛回收料已大量应用于商业领域及部分军工领域，特别是兵器工业。TA15钛合金作为我国航空、航天工业的常规钛合金，每年都有大量的冒口、料头等加工残废料产生。航空、航天领域出于对产品绝对安全性的考虑，严禁使用回收料，而民用领域由于TA15钛合金成本相对较高、强度与TC4相当，目前应用范围较小。若能开发出一种新型钛合金，可以大量使用TA15钛合金残料，并满足兵器用低成本、高强塑、热加工性良好的应用要求，既可以解决大量TA15钛合金残料回收问题，又可推动钛合金在兵器领域，特别是应用潜力巨大、生产成本高度敏感的“武装车辆”制造领域的大范围推广应用，解决相关领域的升级换代难题，加速我国兵工装备的升级换代进程。

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，提供了种α-β型高强、高冲击韧性钛合金。该钛合金将Moeq控制为8.0～10.5，有效提高了其塑性及韧性，将Aleq控制在4.8～6.15，提高了钛合金的强度，满足了高强韧性能的匹配，同时采用Mo-V-Cr-Fe系共同强化β相，使钛合金具有良好的强韧性匹配，降低了共析风险，并采用Al-Zr系共同强化钛合金中的α相使其具有更高效的耦合强化效果。