[發明專利]一種WSTi53311中高強度高韌性α+β型鈦合金及其鑄錠制備方法

在審

• 申請號: 202110299986.7
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113005329A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 王文盛;劉向宏;陳小苗;陳海生;田彥文;張小航;王凱旋;馮勇;張平祥
• 申請（專利權）人: 西部超導材料科技股份有限公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/03
• 代理公司: 西安乾方知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61259
• 代理人: 胡思棉

本發明屬于合金技術領域，涉及一種WSTi53311中高強度高韌性α+β型鈦合金，該鈦合金的重量百分比組成為Al：5.5％～6.5％；Mo：2.5％～3.5％；Cr：2.5％～3.5％；Zr：1.0％～2.0％；Nb：0.5％～1.5％；Si：0.05％～0.25％；O：0.08％～0.15％；余量為Ti和不可避免的雜質；雜質元素總量≤0.03％，以上組分重量百分比之和為100％。本發明還公開了上述鈦合金鑄錠的制備方法。本發明高強度α+β型鈦合金成分均勻性高，突破了工業噸級大規格鑄錠化學成分均勻性控制技術，避免了高熔點鉬、鉻和鈮元素形成不熔塊和β斑等冶金缺陷。

技術領域

本發明屬于鈦合金加工技術領域，具體涉及一種WSTi53311中高強度高韌性α+β型鈦合金及其鑄錠制備方法。

背景技術

WSTi53311合金名義成分為Ti-5Al-3Mo-3Cr-1Zr-1Nb，是一種1100MPa級中高強度高韌性α+β型鈦合金，與TC6等合金同屬于Ti-Al-Mo-Cr系列α+β型鈦合金，增加了慢共析元素Mo、Cr含量，有利于材料強度和韌性，引入Ti的β共晶元素Nb，改善了材料的室溫塑性、熱加工性能和焊接性能。另外，該合金間隙雜質元素含量小，提高了材料的損傷容限性能，可實現結構件的長壽命設計要求。WSTi53311合金具有較高的室溫強度、室溫塑性、沖擊韌性、斷裂韌性以及疲勞性能，是一種可用于航空航天結構件、發動機的綜合性能優良的鈦合金材料。

為了獲得中高強度、韌性和疲勞性能的綜合匹配，WSTi53311合金中添加了鉬、鉻、鋁以及少量的鋯和鈮元素。上述合金元素在熔化過程中將發生不同程度的揮發，最終決定了鈦合金的化學成分。與其他元素相比，在2200K下，鋁元素的飽和蒸氣壓約為240Pa，鉬元素的飽和蒸氣壓約為6.68×10-4Pa，鈦合金熔點接近1900K，鉬、鉻等金屬元素熔煉很高，為了保證充分合金化的同時精確控制鑄錠化學成分，一方面需要設計合金元素的添加方式，另一方面需要采用真空自耗熔煉方式，并且優化熔煉工藝，最終獲得高純、高均勻的工業級WSTi53311鈦合金鑄錠。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種WSTi53311中高強度高韌性鈦合金及其制備方法，解決了WSTi53311合金中易偏析元素鉬、鉻和高熔點元素鉬、鉻、鈮的成分均勻性的控制難題。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

一方面，本發明提供了一種WSTi53311中高強度高韌性鈦合金，所述鈦合金按照重量百分比由以下元素組成：Mo：2.5％～3.5％，Cr：2.5％～3.5％，Zr：1.0％～2.0％，Nb：0.5％～1.5％，Si：0.05％～0.25％，O：0.08％～0.15％，余量為Ti和不可避免的雜質，雜質元素總量不超過0.30％，以上組分重量百分比之和為100％。

進一步地，所述Mo、Cr、Nb、Al、Si元素來源于二元中間合金。O元素由原料自帶，比如海綿鈦。當原料自帶O元素不能滿足該配比時，用TiO₂調節氧元素含量

進一步地，所述Mo采用AlMo合金加入，Cr采用AlCr合金加入，Nb采用NbTi合金加入，Si采用TiSi合金加入。以合金方式加入，降低了Mo、Cr、Nb等高熔點合金的偏析風險。

進一步地，Zr采用0.83mm～12.7mm的顆粒海綿鋯，Ti采用0.83mm～12.7mm的顆粒海綿鈦。

另一方面，本發明還提供了一種WSTi53311中高強度高韌性鈦合金鑄錠的制備方法，具體包括如下步驟：

步驟1)，制備電極：