[发明专利]一种高强度TiZr基合金及其制备方法

说明书

本申请涉及一种高强度TiZr基合金及其制备方法，其中，一种高强度TiZr基合金的化学组成为TiZrNb_xAl_y，按质量百分比计，所述高强度TiZr基合金的各元素化学组成为：Ti 60wt.％，Zr 30wt.％，Nb 4wt.％～6wt.％，Al 4wt.％～6wt.％。与现有的钛合金相比，本申请的高强度TiZr基合金具有更加细小的初生α相和次生α相配合的复相组织，强度‑塑性匹配更优，具有良好的性能和组织的稳定性，可在航空航天领域广泛应用。

技术领域

本申请涉及金属材料技术领域，特别涉及一种高强度TiZr基合金及其制备方法。

背景技术

随着航空航天领域的快速发展，具有低密度、高比强度的结构钛合金成分设计和加工、热处理工艺是近年来被广泛关注的热门技术，而在当今钛合金结构件的使用中以双相TC4(α钛合金代号为TA，β钛合金代号为TB，α+β钛合金代号为TC)类结构钛合金为主。

TC4(Ti-6Al-4V)合金是钛合金中最具有代表性的双相合金，具有密度低、综合力学性能良好和加工切削性能良好等优点，是工程上应用最为广泛，使用量最大的双相结构钛合金，由于其具有良好的综合性能被用在航空航天领域，多用于制造压气机叶片、盘件及某些设备的紧固件等等。一般，TC4合金的加工制造技术主要是对熔炼后获得的合金铸锭进行单相区或者双相区锻造后空冷后获得的具有α+β网篮状片层组织或者具有一定量初生α相的双态组织的板材或者棒材，之后进行机械加工后可结合不同温度的退火处理，以调整组织并去掉加工应力获得成品件。

热锻加工和热处理是调整TC4组织和性能的主要技术手段，不同状态下的TC4合金的性能指标如下表所示：

表1 TC4钛合金不同状态时的性能

表1列出了TC4钛合金不同状态下的性能。经过950℃/1h退火后的组织具有良好的综合力学性能，具有950MPa的屈服强度和20％的断后伸长率。锻造后的合金经过固溶时效后虽然组织中的α和β片层变得细小，但是强度增加的幅度很小，热处理强化效应较差。

如表1所示，TC4双相钛合金在现有技术下的初始性能较低，在传统加工工艺下其屈服强度难以突破950MPa，抗拉强度难以突破1000MPa，并且其热处理后性能的提高效果有限，经过热处理后的屈服强度也难以突破1000MPa。组织决定性能，从组织的角度来看，其最终组织为α+β的片层组织，不同于钢的铁素体(α)+渗碳体(Fe3C)机械混合组织可以通过调整加工工艺而获得极细小的混合组织，并且钢的马氏体转变还具有硬化效应，传统成分的双相结构钛合金组织很难达到钢铁组织的细密程度并且传统成分的双相钛合金的马氏体转变不具有硬化效应。

因此需要通过改良合金成分和优化热处理工艺等技术，进一步优化合金的组织而提高合金的性能，突破力学性能限制。

发明内容

本申请的目的在于提供一种高强度TiZr基合金及其制备方法，以解决现有技术中钛合金的组织性能一般，难以突破力学性能限制等问题。

本申请的实施例可以通过以下技术方案实现：

一种高强度TiZr基合金，按质量百分比计，所述高强度TiZr基合金的化学组成为TiZrNb_xAl_y，其中4％≤x≤6％，4％≤y≤6％。

进一步地，按质量百分比计，所述高强度TiZr基合金的各元素化学组成为：Ti60wt.％，Zr 30wt.％，Nb 4wt.％～6wt.％，Al 4wt.％～6wt.％。

一种高强度TiZr基合金的制备方法，包括以下步骤：