本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)高韌β型鈦合金及其制備方法。

背景技術(shù)：
鈦及鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、良好的高低溫性能和生物兼容性等特點(diǎn)，因此作為理想的結(jié)構(gòu)材料和功能材料被大量應(yīng)用于航空航天、艦船制造、石油化工、海洋工程、生物醫(yī)學(xué)和建筑裝飾等領(lǐng)域，且獲得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。由于鈦合金作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，可以降低飛機(jī)自重、提高結(jié)構(gòu)效益，因此航空工業(yè)是最早研制和應(yīng)用鈦合金的領(lǐng)域。隨著航空工業(yè)對(duì)低密度、高強(qiáng)度材料的需求日益迫切，高強(qiáng)高韌鈦合金應(yīng)運(yùn)而生，逐漸取代某些部位上的鋼鐵、鋁合金等材料，成為宇航工業(yè)中大型結(jié)構(gòu)件的理想材料。Ti-1023合金是由美國Timet公司于1971年研制開發(fā)，并于1972年申請(qǐng)專利，其專利號(hào)：US3802877A，名義成分為Ti-10V-2Fe-3Al，是迄今為止應(yīng)用最為廣泛的一種高強(qiáng)高韌近β型鈦合金。Ti-1023合金經(jīng)熱處理強(qiáng)化其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到965-1310MPa，斷裂韌性可達(dá)到35-90MPa·m1/2，有較好的強(qiáng)度、塑性和韌性匹配關(guān)系。Ti-1023合金含有2％Fe元素，在熔煉時(shí)易因成分偏析產(chǎn)生“β斑”，使合金組織不均勻，降低塑性及疲勞性能。另外，Ti-1023合金的力學(xué)性能對(duì)顯微組織及其熱處理極為敏感，時(shí)效溫度低于500℃時(shí)，極易產(chǎn)生脆性ω相而使合金的塑性急劇下降。BT22合金是前蘇聯(lián)航空材料研究院于20世紀(jì)70年代研制開發(fā)的一種高合金化、高強(qiáng)度近β型鈦合金，名義成分為Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe。BT22合金在退火狀態(tài)下，強(qiáng)度可達(dá)到1080MPa，經(jīng)熱處理強(qiáng)化該合金強(qiáng)度可達(dá)到1100～1300MPa，但很難進(jìn)一步提高其強(qiáng)度。與Ti-1023合金相比，VT22合金Fe和V元素含量減少，通過添加Mo和Cr元素來提高合金淬透性，穩(wěn)定β相。VST5553合金是俄羅斯以VT22合金為基礎(chǔ)上，減少Fe元素含量，提高Cr元素含量而研制開發(fā)的一種新型高強(qiáng)高韌亞穩(wěn)β型鈦合金，名義成分Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-0.5Fe。與Ti-1023和VT22合金對(duì)比，Ti-5553合金Fe含量較少，使合金偏析敏感度降低，但不降低強(qiáng)度，其強(qiáng)度高出Ti-1023合金約15％。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)高韌β型鈦合金，該合金的強(qiáng)度、塑性和韌性能夠達(dá)到良好匹配。本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述高強(qiáng)高韌β型鈦合金的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種高強(qiáng)高韌β型鈦合金，該合金為Ti-Al-Fe-V-Cr-Zr系合金，其中各組分的重量百分比為Al：2.5-3.5％、Fe：0.85-1.35％、V：3.5-5.1％、Cr：1.0-7.5％、Zr：0.75-1.5％、O＜0.2％。優(yōu)選地，所述各組分的重量百分比滿足：鉬當(dāng)量[Mo]eq＝0.67V+2.9Fe+1.6Cr＝12-13.5，且V/Fe＝3.6-5.1，Cr/Fe＝3-6，F(xiàn)e+V+Cr+Zr＜12％。一種所述高強(qiáng)高韌β型鈦合金的制備方法，包括以下步驟：(1)采用鈦、鋯、鋁、Fe-Cr中間合金、Fe-V中間合金為原料，按照各成分的重量百分比進(jìn)行配料，熔煉，制成Ti-Al-Fe-V-Cr-Zr合金鑄錠；(2)合金鑄錠在950℃-1050℃開坯，變形量60％，經(jīng)過多次降溫至750℃-820℃鐓粗拔長(zhǎng)，累積變形量80％，制成棒材；(3)將棒材在合金相變點(diǎn)以下20℃-40℃固溶1小時(shí)空冷后，550℃-600℃時(shí)效6-8小時(shí)。其中，所述熔煉可以采用真空自耗熔煉、凝殼爐熔煉、等離子束熔煉、電子束熔煉、懸浮爐熔煉中的一種或組合。優(yōu)選地，所述步驟(1)中的熔煉為將原料壓制成自耗電極，經(jīng)過二次真空自耗電弧爐熔煉。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)本發(fā)明根據(jù)鉬當(dāng)量對(duì)合金性能影響，設(shè)計(jì)了一種近β型鈦合金，以應(yīng)用技術(shù)成熟的合金系為基礎(chǔ)研制開發(fā)新的合金，有...