权利要求
1.一种1300MPa级超高强α+β两相钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：Al 5.0%~6.0%，V 2.0%~3.0%，Mo 2.0%~3.0%，Nb 0~1.0%，Cr 2%~3.0%，Zr 1.0%~2.0%，Sn2.0%~3.0%，余量为Ti及其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种1300MPa级超高强α+β两相钛合金，其特征在于，所述超高强α+β两相钛合金由以下质量百分含量的成分组成：Al 6.0%，V 2.0%，Mo 2.0%，Nb 1.0%，Cr2.0%，Zr 2.0%，Sn 2.0%，余量为Ti及其他不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种1300MPa级超高强α+β两相钛合金，其特征在于，所述超高强α+β两相钛合金中的
铝当量[Al]Eq为4.5~6.5，所述超高强α+β两相钛合金中的钼当量[Mo]Eq为8.0~9.5。
4.根据权利要求1所述的一种1300MPa级超高强α+β两相钛合金，其特征在于，所述超高强α+β两相钛合金热处理后的抗拉强度Rm≥1300MPa，延伸率A≥10%，断裂韧性KIC≥60MPa·m1/2。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于高强钛合金技术领域，尤其是涉及一种1300MPa级超高强α+β两相钛合金。
背景技术
[0002]超高强钛合金一般指室温拉伸强度超过1250MPa的钛合金，其具备的远超中高强钛合金的室温拉伸强度，能满足多种工业领域对材料高强度的要求。
[0003]从合金体系来看，超高强钛合金主要以近β钛合金和亚稳定β钛合金为主。这类合金通过调控β相稳定元素(如Mo、V、Cr等)的含量与配比，在保证高强度的同时，尽可能保留β相的塑性变形能力。
[0004]尽管超高强钛合金具备显著的性能优势，但其工程化应用仍面临加工难度显著增加的挑战。这类合金的高强度(屈服强度常超过1100MPa)与高硬度(HB≥350)特性，使其在切削、锻造等加工过程中对刀具磨损剧烈(如硬质合金刀具寿命仅为加工不锈钢的1/3)，且需要更大吨位的成形设备(同等规格零件成形压力较
铝合金高2~3倍)，导致加工效率低下、能耗显著增加。这种 “高抗力-低效率-高能耗”的加工特性，成为制约其大规模工程应用的关键瓶颈之一。
发明内容
[0005]本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种1300MPa级超高强α+β两相钛合金。该超高强α+β两相钛合金通过优化铝当量和钼当量区间，科学筛选合金元素种类，并运用权重计算方法，控制各元素添加量，设计出一种新型超高强α+β双相钛合金，解决了传统高强β钛合金加工效率低下、能耗显著增加的问题。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种1300MPa级超高强α+β两相钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：Al 5.0%~6.0%，Mo 2.0%~3.0%，V 2.0%~3.0%，Nb 0~1.0%，Cr 2%~3.0%，Zr 1.0%~2.0%，Sn 2.0%~3.0%，余量为Ti及其他不可避免的杂质。
[0007]上述的一种1300MPa级超高强α+β两相钛合金，其特征在于，所述超高强α+β两相钛合金由以下质量百分含量的成分组成：Al 6.0%，V 2.0%，Mo 2.0%，Nb 1.0%，Cr 2.0%，Zr2.0%，Sn 2.0%，余量为Ti及其他不可避免的杂质。
[0008]上述的一种1300MPa级超高强α+β两相钛合金，其特征在于，所述钛合金中的铝当量[Al]Eq为4.5~6.5，所述钛合金中的钼当量[Mo]Eq为8.0~9.5。
[0009]本发明通过设计较高Al当量用于保证α相强化带来的高强度，较低Mo当量控制β相比例以维持塑性，使合金在强度与塑性之间达到平衡，满足结构件对综合力学性能的需求。
[0010]上述的一种1300MPa级超高强α+β两相钛合金，其特征在于，所述钛合金热处理后的抗拉强度Rm≥1300MPa，延伸率A≥10%，断裂韧性KIC≥60MPa·m1/2。
[0011]本发明的1300MPa级超高强α+β两相钛合金通过以下步骤制备：
步骤一、将原料混合后进行三次真空自耗电弧熔炼，得到铸锭;
步骤二、将步骤一中得到的铸锭进行锻造，得到超高强α+β两相钛合金;
步骤三、将步骤二中得到的超高强α+β两相钛合金进行热处理，得到热处理后的超高强α+β两相钛合金。
[0012]本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的钛合金，突破了传统高强β钛合金体系的固有局限，创新研发出α+β双相钛合金，相较于传统高强β钛合金在强度提升时，往往牺牲塑性与断裂韧性的局限，开启了高性能
钛合金材料研发的新思路与新方向。同时显著降低了材料的加工硬化倾向与热变形抗力，在锻造、轧制、切削等加工环节中，大幅提升生产效率，有效降低综合生产成本。
[0013]2、本发明通过优化铝当量和钼当量区间，科学筛选合金元素种类，并运用权重计算方法，控制各元素添加量，设计出一种新型超高强α+β双相钛合金，该钛合金在α+β双相组织状态下，不仅能稳定实现抗拉强度≥1300MPa的高强度性能，还能同时保持延伸率A≥10%的良好塑性，以及优异的断裂韧性，为多种工业领域提供了兼具高强度与高可靠性的
关键材料解决方案。
[0014]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0015]图1为本发明实施例1步骤二中制备的超高强α+β两相钛合金的显微组织图。
具体实施方式
[0016]实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、按照Ti-5Al-3V-2Mo-3Cr-2Zr-3Sn名义成分，将所需海绵钛、铝钒合金、铝钼合金、金属铬、海绵锆、钛
锡合金等原料混合后进行三次真空自耗电弧熔炼，得到直径280mm铸锭;
步骤二、将步骤一中得到的铸锭经过1150℃、1050℃、950℃和850℃逐级降温锻造，每火次锻比不小于1.6，进行锻造，得到直径160mm的超高强α+β两相
钛合金棒材;
步骤三、将步骤二中得到的超高强α+β两相钛合金进行850℃保温1h空冷和580℃保温4h空冷热处理，得到热处理后的超高强α+β两相钛合金。
[0017]对本实施例步骤二中制备的超高强α+β两相钛合金进行显微分析，如图1所示，该超高强α+β两相钛合金的显微组织为α+β两相状态。
[0018]经检测，本实施例中制备的热处理后的超高强α+β两相钛合金的抗拉强度Rm为1310MPa，延伸率A为10.5%，断裂韧性KIC为63MPa·m1/2。
[0019]实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、按照Ti-6Al-2V-3Mo-2Cr-1Zr-2Sn-1Nb名义成分，将所需海绵钛、铝钒合金、铝钼合金、金属铬、海绵锆、钛锡合金等将原料混合后进行三次真空自耗电弧熔炼，得到直径280mm铸锭;
步骤二、将步骤一中得到的铸锭经过1150℃、1050℃、1000℃、950℃、900℃和840℃逐级降温锻造，每火次锻比不小于1.6，进行锻造，得到直径160mm的超高强α+β两相钛合金棒材;
步骤三、将步骤二中得到的超高强α+β两相钛合金进行840℃保温1h空冷和560℃保温4h空冷热处理，得到热处理后的超高强α+β两相钛合金。
[0020]对本实施例制备的超高强α+β两相钛合金进行显微分析，该超高强α+β两相钛合金的显微组织为α+β两相状态。
[0021]经检测，本实施例中制备的热处理后的超高强α+β两相钛合金的抗拉强度Rm为1330MPa，延伸率A为11.5%，断裂韧性KIC为62MPa·m1/2。
[0022]实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、按照Ti-5.5Al-2.5V-3Mo-2.5Cr-1Zr-2.5Sn名义成分，将所需海绵钛、铝钒合金、铝钼合金、金属铬、海绵锆、钛锡合金等将原料混合后进行三次真空自耗电弧熔炼，得到直径220mm铸锭;
步骤二、将步骤一中得到的铸锭经过1150℃、1000℃、950℃、900℃和850℃逐级降温锻造，每火次锻比不小于1.6，进行锻造，得到直径100mm的超高强α+β两相钛合金棒材;
步骤三、将步骤二中得到的超高强α+β两相钛合金进行850℃保温1h空冷和570℃保温4h空冷热处理，得到热处理后的超高强α+β两相钛合金。
[0023]对本实施例制备的超高强α+β两相钛合金进行显微分析，该超高强α+β两相钛合金的显微组织为α+β两相状态。
[0024]经检测，本实施例中制备的热处理后的超高强α+β两相钛合金的抗拉强度Rm为1320MPa，延伸率A为12.5%，断裂韧性KIC为64MPa·m1/2。
[0025]实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、按照Ti-6Al-2V-2Mo-2Cr-2Zr-2Sn-1Nb名义成分，将所需海绵钛、铝钒合金、铝钼合金、金属铬、海绵锆、钛锡合金等将原料混合后进行三次真空自耗电弧熔炼，得到直径280mm铸锭;
步骤二、将步骤一中得到的铸锭经过1150℃、1050℃、950℃、900℃和840℃逐级降温锻造，每火次锻比不小于1.6，进行锻造，得到直径160mm的超高强α+β两相钛合金棒材;
步骤三、将步骤二中得到的超高强α+β两相钛合金进行850℃保温1h空冷和580℃保温4h空冷热处理，得到热处理后的超高强α+β两相钛合金。
[0026]对本实施例制备的超高强α+β两相钛合金进行显微分析，该超高强α+β两相钛合金的显微组织为α+β两相状态。
[0027]经检测，本实施例中制备的热处理后的超高强α+β两相钛合金的抗拉强度Rm为1320MPa，延伸率A为11.5%，断裂韧性KIC为66MPa·m1/2。
[0028]实施例5
本实施例包括以下步骤：
步骤一、按照Ti-5Al-2V-2.5Mo-3Cr-1.5Zr-2.5Sn-0.5Nb名义成分，将所需海绵钛、铝钒合金、铝钼合金、金属铬、海绵锆、钛锡合金等将原料混合后进行三次真空自耗电弧熔炼，得到直径220mm铸锭;
步骤二、将步骤一中得到的铸锭经过1150℃、1050℃、1000℃、950℃、900℃和840℃逐级降温锻造，每火次锻比不小于1.6，进行锻造，得到直径100mm的超高强α+β两相钛合金棒材;
步骤三、将步骤二中得到的超高强α+β两相钛合金进行850℃保温1h空冷和570℃保温4h空冷热处理，得到热处理后的超高强α+β两相钛合金。
[0029]对本实施例制备的超高强α+β两相钛合金进行显微分析，该超高强α+β两相钛合金的显微组织为α+β两相状态。
[0030]经检测，本实施例中制备的热处理后的超高强α+β两相钛合金的抗拉强度Rm为1330MPa，延伸率A为10.5%，断裂韧性KIC为63MPa·m1/2。
[0031]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
说明书附图(1)
声明：
“1300MPa级超高强α+β两相钛合金” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：北方有色网
来源：西北有色金属研究院
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