[发明专利]一种具有TWIP效应的高强高塑性Ti-Mo-Al-Zr-Nbβ钛合金

说明书

本发明属于钛合金材料技术领域，公开了一种具有TWIP效应的高强高塑性Ti‑Mo‑Al‑Zr‑Nbβ钛合金，包括Ti、Mo、Al、Zr、Nb元素，其合金成分的重量百分比为Mo:13～15％，Al:0.9～1％，Zr:2.4～2.5％，Nb:1.5～3.5％，Ti:余量。本发明高强高塑性Ti‑Mo‑Al‑Zr‑Nbβ钛合金通过加入Mo、Al、Zr、Nb多种合金元素起到固溶强化的效果并具有一定的时效强化性，提高其强度。结合团簇模型进行合金成分设计，有效提高了新材料研发效率，降低了研发成本，合金具有{332}＜113＞孪生诱发塑性效应，表现出优异的塑性，同时又具有较高的强度和良好的加工硬化能力。

技术领域

本发明属于钛合金材料技术领域，具体提供了一种具有TWIP效应的高强度高塑性的Ti-Mo-Al-Zr-Nb新型β钛合金。

背景技术

钛合金具有高的比强度、比刚度、低密度、优异的耐腐蚀性、良好的可成形性和优异的生物相容性等特点，因此在航空航天，生物医学以及石油化工等领域有着广泛的应用。其中航空航天是钛合金研究和应用占主导地位的领域，航空钛合金的应用水平已成为衡量新一代飞机和新型发动机先进性的重要标志之一，钛合金的应用可大幅度提高结构减重效果和安全可靠性。

近年来，高强韧β钛合金因其具有较高的强度和韧性而被作为一种重要的结构材料进行使用，张金勇等人发表的“具有高强高塑性和良好加工硬化行为的新型亚稳β钛合金设计及发展”论文研究表明，现有的高强结构用β钛合金如Ti-15Mo-2.6Nb-3Al-0.2Si(β-21S)、Ti-10V-2Fe-3Al(Ti-1023)、Ti-5Al-5V-5Mo-1Cr-1Fe(BT22)、Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(Ti-153)等在航空航天领域已经得到了广泛的应用，但是现有高强β型钛合金面临在提高其强度的同时无法获得较高的强度和塑性的匹配的突出问题，它们的均匀塑性变形能力(ε)一般低于25％，平均加工硬化区间大约在80MPa。这严重限制了钛合金在高强和高塑性环境下的应用和发展。所以制备出具有超高强韧和良好加工硬化能力的β钛合金是我们的研究目标。

对于目前钛合金强塑性匹配不足和加工硬化能力差的问题，我们发明了一种具有TWIP效应的β钛合金，即通过{332}113孪晶和合金元素共同作用来获得更高强度和塑性的新合金。

发明内容

本发明的目的针对目前钛合金强塑性不平衡的现状，研发了一种具有{332}113孪生诱发塑性效应的Ti-Mo-Al-Zr-Nb新型β钛合金。具有高的强塑性和良好的加工硬化能力。可以提高钛合金零部件的使用性能，节约资源，提高生产效率和材料的利用率。

本发明采用的技术方案是：

一种具有TWIP效应的高强高塑性Ti-Mo-Al-Zr-Nbβ钛合金，包括Ti、Mo、Al、Zr、Nb元素，其合金成分的重量百分比为Mo:13～15.5％，Al:0.9～1％，Zr:2.4～2.5％，Nb:1.5～3.5％，Ti:余量。

上述合金中优选成分的原子百分比为79.8％Ti-13.5％Mo-0.94％Al-3.34％Nb-2.42％Zr。