【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钛合金制备，涉及一种高氧tc4合金及其制备方法。
技术介绍
1、现有技术中，钛合金因具有较高的比强度、优异的耐腐蚀性、良好的焊接性能等特性而迅速发展成为具有强大生命力的新型关键结构材料，被广泛应用于航海与深海装备领域中。
2、近年来，我国舰船与潜艇推进器的研制与发展对钛合金的机械性能和铸造性能提出了更高的要求，由于在高速海水冲刷服役条件下，钛合金材料会出现海水腐蚀变形、抗疲劳失效等问题，从而导致钛合金材料质量无法有效提升，从而限制了航海深海事业的发展。
3、所以为满足工业发展的迫切需求，急需一种高质量、高性能的钛合金材料。
4、在所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种强度高、塑性好，抗腐蚀性优异的高氧tc4合金。
2、本专利技术另一目的在于提供该高氧tc4合金的制备方法。
3、本专利技术的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本专利技术的实践而习得。
4、根据本专利技术的一个方面，一种高氧tc4合金，其各构成元素及所占重量百分比为：al：5.5～6.5％，v：3.5～4.5％，o：0.16～0.20％，y：0.01～0.05％，nd：0.02～0.10％，mo：0.01～0.05％，b：0
5、根据本专利技术的一实施方式，各构成元素及所占重量百分比为：al：
6、5.7～6.3％，v：3.7～4.3％，o：0.17～0.19％，y：0.015～0.03％，nd：0.03～0.06％，mo：0.02～0.04％，b：0.02～0.04％，ti：余量。al、v元素含量在tc4合金标准含量范围内进行选取；o元素含量在标准范围内的高氧区间进行选取，当o含量在0.17～0.19％内时，o元素在钛基体中与“位错”产生弹性交互作用，形成“柯氏气团”和“snock”气团，对位错的运动起阻碍和钉扎作用，钛合金的强度可以得到有效提高的同时不会剧烈降低钛合金的塑性、韧性。y、nd元素微量添加可以有效改善tc4合金的强度与塑性，提升tc4合金的腐蚀性能，在钛合金中有着晶界强化的作用，过量则会出现偏析降低钛合金的力学性能，结合实验数据的积累，发现y含量在0.015～0.03％、nd含量在0.03～0.06％较为合适，并且y、nd元素通过合理配比可以精准控制氧含量，使体系中的氧含量保持在0.17～0.19％
7、内。mo和b元素含量主要通过实验数据积累所得，当mo含量在0.02～0.04％时，合金的抗拉强度、显微硬度和延伸率会得到提升，当b含量在0.02～0.04％时，钛合金的晶粒尺寸会降低，延伸率会提升。
8、根据本专利技术的一实施方式，各构成元素及所占重量百分比为：al：
9、6.1％，v：3.9％，o：0.18％，y：0.025％，nd：0.05％，mo：0.03％，b：0.03％，ti：余量。
10、根据本专利技术的一实施方式，设al含量为x％，v含量为y％，则x+y＝10。al元素为α相稳定元素，v元素为β相稳定元素，两种元素在一定含量范围内的配比可以综合它们的强化效果，在本专利技术中tc4合金中由于氧含量较高，需要相对提高al、v主合金元素的含量，从而降低氧元素带来的危害，通过实验数据的积累可得知当满足x+y＝10的配比时，钛合金的强度和塑性可以得到有效提升
11、根据本专利技术的一实施方式，设y含量为δ％，nd含量为r％，则0.035≤δ+r≤0.145且2δ＝r。nd、y会抢夺tc4合金中的氧元素，形成难熔的稀土氧化物，这样既净化了基体，同时又可以作为第二相析出强化合金的性能。nd元素比较廉价且晶型和相变温度与ti最相似，能够显著提高α-β钛的相转变温度，属于α稳定元素，而y属于β稳定元素，y元素的加入存在细化晶粒和晶界强化的作用，可提升合金流动性。两种元素在一定含量范围内的配比可以综合它们的强化效果，减弱互相抑制的作用，通过实验数据的积累可得知当满足0.035≤δ+r≤0.145且2δ＝r的配比时，两种元素的相互抑制作用最弱，对于氧元素的定量脱除效果最精准并且对高氧tc4合金力学性能的促进作用最明显
12、根据本专利技术的另一个方面，一种高氧tc4合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
13、步骤1：装料；
14、将含有al、v、y、nd、mo、b、o、ti各元素的合金材料按上述重量百分比装入真空悬浮熔铸炉的水冷铜坩埚内，利用真空系统将熔炼室内的压力抽至1×10-3～1×10-2pa，然后充入纯度99.999％的高纯氩气，使熔炼室内部的压强为3×104～4×104pa；熔炼室内的压力抽至1×10-3～1×10-2pa可以达到较好的去除炉室内o、n等杂质元素，另外本方法的应用背景下现行可使用的真空设备最高能达到的真空度一般为1×10-3pa；氩气纯度越高对tc4合金纯度的气氛影响效果越弱，通过实验对比可知，使用6n级与5n级之后的熔炼效果相差不多，考虑到原料成本的问题，最终选择5n级高纯氩气；熔炼室内部的压强为3×104～4×104pa可以有效保证室内气氛的纯净度，也可避免熔炼过程中出现扩散弧和边弧的危险区。
15、步骤2：起弧熔炼；
16、调节功率，使用100kw～350kw的起始功率使装入的tc4合金原料全部熔化，然后阶梯式提升熔炼功率至悬浮熔炼功率，保持悬浮10min进行精炼，然后阶梯式减少熔炼功率，对于本专利技术专利，每次提升和降低功率的梯度为50kw，重复3次；重复整个过程3次是指先“阶梯式提升熔炼功率”，在悬浮熔炼功率下保持悬浮10min进行精炼，再“阶梯式减少熔炼功率”；之后再“阶梯式提升熔炼功率”，在悬浮熔炼功率下保持悬浮10min进行精炼，再“阶梯式减少熔炼功率”；然后再“阶梯式提升熔炼功率”，在悬浮熔炼功率下保持悬浮10min进行精炼，再“阶梯式减少熔炼功率”；共重复3次；对于本专利技术专利，每次提升和降低功率的梯度为50kw；
17、步骤3，出料；
18、将含有上述元素的合金熔液在坩埚中冷却凝固或浇铸成铸锭，即能够得到高氧tc4合金材料，氧含量可精准控制在0.18wt％，技术效果优异。精炼工艺可保证高氧tc4合金材料的熔炼均匀性并控制氧含量降低程度；阶梯式升/降功率的理论依据：不同的熔炼功率可以使合金在不同的温度域内进行熔炼，而合金元素的扩散系数与熔炼温度的关系最为密切，不同熔炼功率导致不同元素的扩散速率也发生改变，致使元素间的相互熔合更为彻底充分，保证了钛合金材料的熔炼均匀性；在高功率条本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高氧TC4合金，其特征在于，其各构成元素及所占重量百分比为：Al：5.5～6.5％，V：3.5～4.5％，O：0.16～0.20％，Y：0.01～0.05％，Nd：0.02～0.10％，Mo：0.01～0.05％，B：0.01～0.05％，Ti：余量。
2.根据权利要求1所述的高氧TC4合金，其特征在于，各构成元素及所占重量百分比为：Al：5.7～6.3％，V：3.7～4.3％，O：0.17～0.19％，Y：0.015～0.03％，Nd：0.03～0.06％，Mo：0.02～0.04％，B：0.02～0.04％，Ti：余量。
3.根据权利要求2所述的高氧TC4合金，其特征在于，各构成元素及所占重量百分比为：Al：6.1％，V：3.9％，O：0.18％，Y：0.025％，Nd：0.05％，Mo：0.03％，B：0.03％，Ti：余量。
4.根据权利要求1所述的高氧TC4合金，其特征在于，设Al含量为x％，V含量为y％，则x+y＝10。
5.根据权利要求1所述的高氧TC4合金，其特征在于，设Y含量为δ％，Nd含量为r％，则0.0
6.一种如权利要求1至5中任一所述的高氧TC4合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的高氧TC4合金的制备方法，其特征在于，在步骤2中，起始功率为300kW；悬浮熔炼功率为500kW。
8.根据权利要求6所述的高氧TC4合金的制备方法，其特征在于，所述阶梯式提升熔炼功率是在达到特定功率后悬浮40s后再调整至下一更高的功率；所述阶梯式减少熔炼功率是在达到特定功率后悬浮40s后再调整至下一更低的功率，对于本专利技术专利，每次提升和降低功率的梯度为50kW。
...【技术特征摘要】
1.一种高氧tc4合金，其特征在于，其各构成元素及所占重量百分比为：al：5.5～6.5％，v：3.5～4.5％，o：0.16～0.20％，y：0.01～0.05％，nd：0.02～0.10％，mo：0.01～0.05％，b：0.01～0.05％，ti：余量。
2.根据权利要求1所述的高氧tc4合金，其特征在于，各构成元素及所占重量百分比为：al：5.7～6.3％，v：3.7～4.3％，o：0.17～0.19％，y：0.015～0.03％，nd：0.03～0.06％，mo：0.02～0.04％，b：0.02～0.04％，ti：余量。
3.根据权利要求2所述的高氧tc4合金，其特征在于，各构成元素及所占重量百分比为：al：6.1％，v：3.9％，o：0.18％，y：0.025％，nd：0.05％，mo：0.03％，b：0.03％，ti：余量。...
【专利技术属性】
技术研发人员：史昆，刘时兵，邱炜宸，王伟龙，刘宏宇，张志勇，刘田雨，王禹，
申请(专利权)人：中国机械总院集团沈阳铸造研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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