[发明专利]增材制造的具有超高屈服强度和高塑性的亚稳态β钛合金

说明书

本发明提供一种增材制造的具有超高屈服强度和高塑性的亚稳态β钛合金，该钛合金的Md值为2.34‑2.37，Bo值为2.78‑2.79；该钛合金的合金元素为Mo、Cr、Co、C，其中Mo、Cr、Co三种合金元素的质量百分比之和超过12％；该合金的屈服强度大于1000MPa,延伸率大于10％。本发明增材制造的亚稳态β钛合金具有超高的屈服强度，良好的塑性,促使该新型亚稳态β钛合金作为轻质高强的结构材料在航空航天、生物医用、国防军工等领域有望得到广泛的应用，增材制造方法克服了传统亚稳态β钛合金研发工艺途径的缺点，缩短了研发周期，降低了研发成本。

技术领域

本发明涉及钛合金制备技术领域，具体涉及一种基于增材制造方法制备的亚稳态β钛合金。

背景技术

亚稳态β钛合金因其高的抗拉强度和高的塑性、优异的抗腐蚀性能、低密度、低弹性模量及良好的生物相容性等而备受关注。目前开发出来的常见的亚稳态β钛合金如Ti-12Mo和Ti-9Mo-6W等均展现出高的抗拉强度、高的应变硬化率(可达2GPa)及优异的塑性(延伸率可达35％)。但此类合金往往展现出极低的屈服强度(＜500MPa)，这极大限制了该类合金的应用范围。近年来，虽然人们通过成分设计使亚稳态β钛合金的屈服强度有所提高，如Ti-10Cr、Ti-15Mo、Ti-10Mo-1Fe、Ti-7Mo-3Cr、Ti-6Cr-4Mo-2Al-2Sn-1Zr的屈服强度通常能达到500-700MPa。个别亚稳态β钛合金如Ti-4Mo-3Cr-1Fe的屈服强度更是达到了870MPa。但总体而言，亚稳态β钛合金的屈服强度总体低于α型和α+β型钛合金的屈服强度，后者通常都在900MPa以上。该类合金的屈服强度更是低于其他高强结构材料如高温合金。这制约了亚稳态β钛合金作为结构材料的应用前景。

另外,目前亚稳态β钛合金的制备及开发都是基于传统的制造工艺如合金熔炼+铸造+锻造/轧制+固溶处理+水淬。该制备工艺工序多，流程复杂，确定各工艺参数周期长，利用该工艺进行新型亚稳态β钛合金的研制，研制周期长、成本高、能耗大、污染严重,难以快速发现和研制出高性能新型亚稳态β钛合金。

大多数亚稳态β钛合金如Ti-12Mo和Ti-9Mo-6W具有低的屈服强度主要是由于合金的β相稳定性不够高，导致在拉伸形变初期发生形变诱导马氏体转变(β→α″)和形变诱导孪生变形。前者依据应变率不同，在190-360MPa的应力范围内即可发生，这导致材料屈服强度极大降低。通过合金成分设计，可以提高亚稳态β钛合金中β相的稳定性，促使合金的形变机理发生变化以提高材料的屈服强度，如Ti-10Cr、Ti-15Mo及Ti-10Mo-1Fe主要以孪生和位错滑移为主，抑制了β→α″马氏体转变，合金的屈服强度随之有一定的提升，但塑性则降低。近年开发的Ti-7Mo-3Cr、Ti-4Mo-3Cr-1Fe和Ti-6Cr-4Mo-2Al-2Sn-1Zr则主要以孪生变形为主，{332}113和{112}111系的孪生变形同时被启动，该类合金不仅展现了较高的屈服强度，还具有良好的塑性和高的应变硬化率。但需要指出的是，以上开发的亚稳态β钛合金的屈服强度还不够高，无法使其推广应用到具有较高承重能力的轻质高强结构上。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种具有超高屈服强度和高塑性的亚稳态β钛合金，其采用增材制造方法制备，该合金用途广泛，研发效率高、研发成本低。

上述技术效果是通过以下技术方案实现的：

一种增材制造的具有超高屈服强度和高塑性的亚稳态β钛合金，该钛合金的Md值为2.34-2.37，Bo值为2.78-2.79；该钛合金的合金元素为Mo、Cr、Co、C，其中Mo、Cr、Co三种合金元素的质量百分比之和超过12％；该合金的屈服强度大于1000MPa。

优选的，该钛合金的成分按质量百分比计为5-7％Mo，4.5-6.5％Cr，0.5-1.5％Co，0.05-0.15％C，余量为Ti和不可避免的杂质。

优选的，该钛合金的成分按质量百分比计为：Ti-6Mo-5.5Cr-1Co-0.1C。