本發(fā)明屬于鈦合金材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型中強高塑性船用鈦合金及其制備工藝。
背景技術(shù)：
我國已初步建立了船用鈦合金的體系。創(chuàng)新研制了不同強度級別的船用合金，也制備出不同規(guī)格的管、板、棒、絲材等，已基本能夠滿足我國工程的需求。中強鈦合金由于其強度與塑性的綜合性能匹配最適于海洋服役環(huán)境應用，因此受到我國船舶行業(yè)的重視。目前我國應用最廣泛的中強高塑鈦合金有ta24(ti75)合金和ta22(ti31)合金。ti75合金是630mpa級的中強高韌性耐蝕鈦合金，適用于制造形狀復雜的板材沖壓并焊接的零部件，在動力裝置結(jié)構(gòu)、船舶焊接結(jié)構(gòu)件中獲得廣泛應用。ti31合金具有中強高塑、可焊和良好冷加工性能，可以用作聲納導流罩，但目前仍處于研究階段。雖然現(xiàn)階段ti75合金已經(jīng)得到廣泛應用，但生產(chǎn)過程中由于強度、塑性不足的情況，容易導致管材等成形困難，容易開裂等加工問題，因此需要更高的強度和塑性匹配的船用鈦合金，以期獲得更好地加工性能及使用性能。通過優(yōu)化合金元素配比一直以來都是優(yōu)化合金性能的重要手段，在新材料研發(fā)過程中取得的成果顯著。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種強度與塑性匹配良好的新型中強高塑性船用鈦合金，以改變實際生產(chǎn)中船用中強鈦合金加工困難、使用性能難以符合實際需求的現(xiàn)狀。通過合理設計合金成分，優(yōu)化合金性能，在保證合金強度的同時提高合金塑性，達到更優(yōu)的強塑性匹配。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種新型中強高塑性船用鈦合金，所述鈦合金以海綿鈦、鋁鉬、鋁釩中間合金、純金屬為原料制備，其構(gòu)成組分及其重量百分數(shù)分別為：ti90.25％～93.0％、al2.5％～3.0％、mo2.0％～2.75％、zr2.0％～3.0％、v0.5％～1.0％。
本發(fā)明還提出了一種新型中強高塑性船用鈦合金的制備工藝，包括以下步驟：
s1、將海綿鈦與合金元素混合均勻后壓制自耗電極，再進行3-5次真空自耗電弧熔煉制成規(guī)格為φ150mm的100kg的鈦合金鑄錠；將鑄錠進行3火次開坯鍛造，第一次開坯鍛造的始鍛溫度為1150℃，鍛造比為5.6，第二火次開坯鍛造的始鍛溫度為1050℃，鍛造比為8.4，第三火次開坯鍛造的始鍛溫度為980℃，鍛造比為8.4，鍛后分切下料，得到初級鍛坯；每火次開坯鍛造后均對鈦合金鑄錠進行表面修磨處理；
s2、將步驟s1中所述初級鍛坯在920℃的始鍛溫度下進行2火次的鐓拔鍛造，每火次鐓拔鍛造的鍛造比均為5.6，得到中間鍛坯；每火次鐓拔鍛造后均對初級鍛坯進行表面修磨處理；
s3、將步驟s2中的中間鍛坯在始鍛溫度為β相變點以上70℃的條件下進行2火次的成形鍛造，第一火次進行2鐓2拔鍛造后，空冷，修傷，鍛造比為6，第二火次進行1鐓2拔，水冷，鍛造比為4.6，得到最終的鈦合金鍛件；
s4、將步驟s3中得到的鈦合金鍛件進行相變點以上20℃的固溶處理及時效處理，機械加工后得到規(guī)格為φ100×1800mm的鈦合金棒材。
本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點：(1)本發(fā)明方法中，通過在合理設計合金成分，使合金的室溫抗拉強度高于750mpa，合金具有高的塑性匹配，塑性高于20％，合金的σb≥750mpa，σs≥630mpa，δ≥20％，60℃、3.5％nacl溶液中的腐蝕速度≤0.5×10-4mm/a，斷裂韌度kic高于95mpa·m1/2。
(2)通過控制合金成分配比，達到合金加工性能的優(yōu)化，利于提高產(chǎn)品成品率。
(3)合金的耐腐蝕性能較ti75、ti31合金有明顯提高。
(4)本發(fā)明制備工藝簡單可行，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，合格率高，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施方式
基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
實施例1
一種新型中強高塑性船用鈦合金，所述鈦合金以海綿鈦、鋁鉬、鋁釩中間合金、純金屬為原料制備，其構(gòu)成組分及其重量百分數(shù)分別為：ti91.95％、al2.8％、mo2.5％、zr2.25％、v0.5％。
一種新型中強高塑性船用鈦合金的制備工藝，包括以下步驟：
s1、將海綿鈦與合金元素混合均勻后壓制自耗電極，再進行3次真空自耗電弧熔煉制成規(guī)格為φ150mm的100kg的鈦合金鑄錠；將鑄錠進行3火次開坯鍛造，第一次開坯鍛造的始鍛溫度為1150℃，鍛造比為5.6，第二火次開坯鍛造的始鍛溫度為1050℃，鍛造比為8.4，第三火次開坯鍛造的始鍛溫度為980℃，鍛造比為8.4，鍛后分切下料，得到初級鍛坯；每火次開坯鍛造后均對鈦合金鑄錠進行表面修磨處理；
s2、將步驟s1中所述初級鍛坯在920℃的始鍛溫度下進行2火次的鐓拔鍛造，每火次鐓拔鍛造的鍛造比均為5.6，得到中間鍛坯；每火次鐓拔鍛造后均對初級鍛坯進行表面修磨處理；
s3、將步驟s2中的中間鍛坯在始鍛溫度為β相變點以上70℃的條件下進行2火次的成形鍛造，第一火次進行2鐓2拔鍛造后，空冷，修傷，鍛造比為6，第二火次進行1鐓2拔，水冷，鍛造比為4.6，得到最終的鈦合金鍛料；
s4、將步驟s3中得到的鈦合金鍛件進行相變點以上20℃的固溶處理及時效處理，機械加工后得到規(guī)格為φ100×1800mm的鈦合金棒材。
本實施例制備的ti75a鈦合金棒材常規(guī)熱處理后的室溫力學性能及在60℃、3.5％nacl溶液中的腐蝕速度見表1，由表1可知本實施例制備的ti75a鈦合金大規(guī)格棒材的塑韌性優(yōu)異，且具有良好的耐腐蝕性能。
實施例2
一種新型中強高塑性船用鈦合金，所述鈦合金以海綿鈦、鋁鉬、鋁釩中間合金、純金屬為原料制備，其構(gòu)成組分及其重量百分數(shù)分別為：ti91.5％、al3.0％、mo2.25％、zr2.5％、v0.75％。
一種新型中強高塑性船用鈦合金的制備工藝，包括以下步驟：
s1、將海綿鈦與合金元素混合均勻后壓制自耗電極，再進行4次真空自耗電弧熔煉制成規(guī)格為φ150mm的100kg的鈦合金鑄錠；將鑄錠進行3火次開坯鍛造，第一次開坯鍛造的始鍛溫度為1150℃，鍛造比為5.6，第二火次開坯鍛造的始鍛溫度為1050℃，鍛造比為8.4，第三火次開坯鍛造的始鍛溫度為980℃，鍛造比為8.4，鍛后分切下料，得到初級鍛坯；每火次開坯鍛造后均對鈦合金鑄錠進行表面修磨處理；
s2、將步驟s1中所述初級鍛坯在920℃的始鍛溫度下進行2火次的鐓拔鍛造，每火次鐓拔鍛造的鍛造比均為5.6，得到中間鍛坯；每火次鐓拔鍛造后均對初級鍛坯進行表面修磨處理；
s3、將步驟s2中的中間鍛坯在始鍛溫度為β相變點以上70℃的條件下進行2火次的成形鍛造，第一火次進行2鐓2拔鍛造后，空冷，修傷，鍛造比為6，第二火次進行1鐓2拔，水冷，鍛造比為4.6，得到最終的鈦合金鍛料；
s4、將步驟s3中得到的鈦合金鍛件進行相變點以上20℃的固溶處理及時效處理，機械加工后得到規(guī)格為φ100×1800mm的鈦合金棒材。
本實施例制備的ti75b鈦合金棒材常規(guī)熱處理后的室溫力學性能及在60℃、3.5％nacl溶液中的腐蝕速度見表1，由表1可知本實施例制備的ti75b鈦合金大規(guī)格棒材的塑韌性優(yōu)異，且具有良好的耐腐蝕性能。
實施例3
一種新型中強高塑性船用鈦合金，所述鈦合金以海綿鈦、鋁鉬、鋁釩中間合金、純金屬為原料制備，其構(gòu)成組分及其重量百分數(shù)分別為：ti91.6％、al3.0％、mo2.25％、zr2.25％、v0.9％。
一種新型中強高塑性船用鈦合金的制備工藝，包括以下步驟：
s1、將海綿鈦與合金元素混合均勻后壓制自耗電極，再進行4次真空自耗電弧熔煉制成規(guī)格為φ150mm的100kg的鈦合金鑄錠；將鑄錠進行3火次開坯鍛造，第一次開坯鍛造的始鍛溫度為1150℃，鍛造比為5.6，第二火次開坯鍛造的始鍛溫度為1050℃，鍛造比為8.4，第三火次開坯鍛造的始鍛溫度為980℃，鍛造比為8.4，鍛后分切下料，得到初級鍛坯；每火次開坯鍛造后均對鈦合金鑄錠進行表面修磨處理；
s2、將步驟s1中所述初級鍛坯在920℃的始鍛溫度下進行2火次的鐓拔鍛造，每火次鐓拔鍛造的鍛造比均為5.6，得到中間鍛坯；每火次鐓拔鍛造后均對初級鍛坯進行表面修磨處理；
s3、將步驟s2中的中間鍛坯在始鍛溫度為β相變點以上70℃的條件下進行2火次的成形鍛造，第一火次進行2鐓2拔鍛造后，空冷，修傷，鍛造比為6，第二火次進行1鐓2拔，水冷，鍛造比為4.6，得到最終的鈦合金鍛料；
s4、將步驟s3中得到的鈦合金鍛件進行相變點以上20℃的固溶處理及時效處理，機械加工后得到規(guī)格為φ100×1800mm的鈦合金棒材。
本實施例制備的ti75c鈦合金棒材常規(guī)熱處理后的室溫力學性能及在60℃、3.5％nacl溶液中的腐蝕速度見表1，由表1可知本實施例制備的ti75c鈦合金大規(guī)格棒材的塑韌性優(yōu)異，且具有良好的耐腐蝕性能。
實施例4
一種新型中強高塑性船用鈦合金，所述鈦合金以海綿鈦、鋁鉬、鋁釩中間合金、純金屬為原料制備，其構(gòu)成組分及其重量百分數(shù)分別為：ti91.5％、al3.0％、mo2.25％、zr2.75％、v0.5％。
一種新型中強高塑性船用鈦合金的制備工藝，包括以下步驟：
s1、將海綿鈦與合金元素混合均勻后壓制自耗電極，再進行5次真空自耗電弧熔煉制成規(guī)格為φ150mm的100kg的鈦合金鑄錠；將鑄錠進行3火次開坯鍛造，第一次開坯鍛造的始鍛溫度為1150℃，鍛造比為5.6，第二火次開坯鍛造的始鍛溫度為1050℃，鍛造比為8.4，第三火次開坯鍛造的始鍛溫度為980℃，鍛造比為8.4，鍛后分切下料，得到初級鍛坯；每火次開坯鍛造后均對鈦合金鑄錠進行表面修磨處理；
s2、將步驟s1中所述初級鍛坯在920℃的始鍛溫度下進行2火次的鐓拔鍛造，每火次鐓拔鍛造的鍛造比均為5.6，得到中間鍛坯；每火次鐓拔鍛造后均對初級鍛坯進行表面修磨處理；
s3、將步驟s2中的中間鍛坯在始鍛溫度為β相變點以上70℃的條件下進行2火次的成形鍛造，第一火次進行2鐓2拔鍛造后，空冷，修傷，鍛造比為6，第二火次進行1鐓2拔，水冷，鍛造比為4.6，得到最終的鈦合金鍛料；
s4、將步驟s3中得到的鈦合金鍛件進行相變點以上20℃的固溶處理及時效處理，機械加工后得到規(guī)格為φ100×1800mm的鈦合金棒材。
本實施例制備的ti75d鈦合金棒材常規(guī)熱處理后的室溫力學性能及在60℃、3.5％nacl溶液中的腐蝕速度見表1，由表1可知本實施例制備的ti75d鈦合金大規(guī)格棒材的塑韌性優(yōu)異，且具有良好的耐腐蝕性能。
實施例5
一種新型中強高塑性船用鈦合金，所述鈦合金以海綿鈦、鋁鉬、鋁釩中間合金、純金屬為原料制備，其構(gòu)成組分及其重量百分數(shù)分別為：ti91.1％、al3.0％、mo2.25％、zr2.75％、v0.9％。
一種新型中強高塑性船用鈦合金的制備工藝，包括以下步驟：
s1、將海綿鈦與合金元素混合均勻后壓制自耗電極，再進行5次真空自耗電弧熔煉制成規(guī)格為φ150mm的100kg的鈦合金鑄錠；將鑄錠進行3火次開坯鍛造，第一次開坯鍛造的始鍛溫度為1150℃，鍛造比為5.6，第二火次開坯鍛造的始鍛溫度為1050℃，鍛造比為8.4，第三火次開坯鍛造的始鍛溫度為980℃，鍛造比為8.4，鍛后分切下料，得到初級鍛坯；每火次開坯鍛造后均對鈦合金鑄錠進行表面修磨處理；
s2、將步驟s1中所述初級鍛坯在920℃的始鍛溫度下進行2火次的鐓拔鍛造，每火次鐓拔鍛造的鍛造比均為5.6，得到中間鍛坯；每火次鐓拔鍛造后均對初級鍛坯進行表面修磨處理；
s3、將步驟s2中的中間鍛坯在始鍛溫度為β相變點以上70℃的條件下進行2火次的成形鍛造，第一火次進行2鐓2拔鍛造后，空冷，修傷，鍛造比為6，第二火次進行1鐓2拔，水冷，鍛造比為4.6，得到最終的鈦合金鍛料；
s4、將步驟s3中得到的鈦合金鍛件進行相變點以上20℃的固溶處理及時效處理，機械加工后得到規(guī)格為φ100×1800mm的鈦合金棒材。
本實施例制備的ti75e鈦合金棒材常規(guī)熱處理后的室溫力學性能及在60℃、3.5％nacl溶液中的腐蝕速度見表1，由表1可知本實施例制備的ti75e鈦合金大規(guī)格棒材的塑韌性優(yōu)異，且具有良好的耐腐蝕性能。
不同實施例制備的鈦合金棒材的腐蝕速度表：
表1本發(fā)明實施例1至5制備的鈦合金的力學性能數(shù)據(jù)
由表1可知，本發(fā)明制備的鈦合金具有優(yōu)良的力學性能。
最后應說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。