【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钛合金，具体涉及一种高塑性高应变硬化亚稳β钛合金及其制备方法。
技术介绍
1、钛及钛合金具有轻质高强、良好耐腐蚀性、无磁性、生物相容性好等特性，是实现节能减排以及轻量化的重要结构材料，在航空、航天、武器装备、海洋工程、生物医疗等领域得到了广泛的应用。钛合金按微观组织和相结构可分为α型、α+β型及β型钛合金。传统钛合金塑性较差，往往需要通过热加工成型，如常见的双相钛合金ti-6al-4v，其准静态拉伸延伸率约10％，变形抗力较高，制备时常采用热加工变形，且易存在表面氧化、加工成本高、难以实现精确形状控制等问题，给工业批量化生产带来一定的困难。相比其它钛合金，β钛合金可具有良好的塑性，如ti-16nb-8mo合金可具有室温下45％的准静态拉伸延伸率。但该类型高塑性钛合金多为ti-nb系合金，且nb等合金元素含量较高，合金制备成本高昂。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高塑性高应变硬化亚稳β钛合金及其制备方法，能够实现钛合金的高塑性和高应变硬化能力。
2、本专利技术完整的技术方案包括：
3、一种高塑性高应变硬化亚稳β钛合金，以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：mo 5～6.5％，cr 4～5.5％，o0.03～0.15％，余量为ti。
4、其中，所述mo原料为mo颗粒，纯度大于等于99.9％；所述cr原料为cr颗粒，纯度大于等于99.9％；所述o原料为tio2颗粒，纯度大于等于99.
5、本专利技术还提出了一种本专利技术所述高塑性高应变硬化亚稳β钛合金的制备方法，所述方法步骤如下：
6、s1、将纯度为99.99％的纯ti颗粒、99.99％的纯mo颗粒、99.99％的纯cr颗粒、99.99％的tio2颗粒按照质量百分比进行氩气保护下的真空熔炼，得到合金锭；
7、s2、将合金锭翻转并重复熔炼9次以上，获得成品铸锭；
8、s3、将成品铸锭在970～1030℃下进行真空均匀化退火热处理6～12h，并炉冷到室温，获得均匀化态合金铸锭；
9、s4、将所获均匀化态合金铸锭在760～790℃保温0.3～2h，使样品热透；对热透后的样品在760～790℃进行多道次热轧，热轧过程中每道次压下量不超过1mm，总变形量为70％～80％，每道次热轧后在对应轧制温度下保温3～8min，多道次热轧实现76％的总压下率；热轧结束后，空冷至室温，得到轧制态钛合金板；
10、s5、将轧制态钛合金板进行固溶热处理，固溶温度为850～910℃，保温时间为0.5～1h，随后冷却至室温，即获得所述高塑性高应变硬化亚稳β钛合金。
11、其中，采用真空电弧熔炼炉进行合金化熔炼，熔炼时保护气体为氩气。
12、其中，所述制备过程中所得成品铸锭先进行线切割，去除铸锭表面氧化层，得到规整形状的成品铸锭，再将规整形状的成品铸锭在970～1030℃下进行真空均匀化退火热处理。
13、其中，均匀化退火热处理采用空热处理炉实现，真空度低于3×10-4pa。
14、其中，固溶热处理后的冷却方式为水淬。
15、本专利技术相对于现有技术的优点在于：
16、(1)本专利技术合金属于ti-mo系亚稳β钛合金，通过合金成分设计，调控亚稳β钛合金的微观组织和力学性能，使得合金实现高应变硬化及高塑性，本专利技术的亚稳β钛合金材料采用的组分仅包括ti、mo、cr、o四种元素，通过o元素的微量添加影响合金性能，控制合金元素的添加量，有效实现材料素化，降低合金成本，同时也降低了合金在加工过程中的变形抗力，提高了合金的变形能力。
17、(2)为了获得良好的应变硬化效应和高塑性，通过微量元素添加及d电子轨道合金成分设计方法，实现新型亚稳β钛合金的变形机制及性能调控；通过复杂变形机制的激活有效提高合金的应变硬化率，并在5％～41％的真应变范围内始终保持高于1gpa的应变硬化率且峰值应变硬化率为～2.67gpa，最终实现了室温下大于40％，甚至大于55％的延伸率；相比之下，商用纯钛的延伸率一般为10～20％，本专利技术中最高可实现的室温拉伸延伸率约为商业纯钛的3～6倍；可与高品质纯钛的延伸率相当，克服了传统钛合金冷变形能力不足的问题。本专利技术中的钛合金可以应用于高塑性需求的加工应用场景，如生产板材、棒材、带材等，在航空、航天、武器装备等领域具有较大的应用潜力。
18、(3)本专利技术方法采用了d电子轨道设计方法和热处理工艺，实现了钛合金的高塑性和高应变硬化能力。具体地，先对ti-mo-cr-o合金铸锭进行均匀化热处理，后进行热轧变形；再对所得合金进行固溶热处理，即将合金样品加热至固溶温度t1并保温t1时间，随后将样品从电阻炉中取出，在不超过30s内迅速水淬获得高塑性亚稳β钛合金；t1＝850～920℃，t1＝0.5～1h。
19、(4)本专利技术方法中，采用真空感应熔炼得到钛合金铸锭；直接对铸锭进行β→α相变温度以上的β贯穿轧制，经过多火次多道次轧制得到合金中间板材；而后通过β→α相变温度以上单相区固溶淬火处理构建单相β组织，获得高塑性高应变硬化率钛合金板材，其中固溶热处理温度范围为850～910℃。本专利技术相比现有材料，显著提高了钛合金的塑性和应变硬化率，同时有效缩短了钛板材的加工流程，实现加工成本的降低。
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1.一种高塑性高应变硬化亚稳β钛合金，其特征在于，以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：Mo 5～6.5％，Cr 4～5.5％，O0.03～0.15％，余量为Ti。
2.如权利要求1所述的一种高塑性高应变硬化亚稳β钛合金，其特征在于，所述Mo原料为Mo颗粒，纯度大于等于99.9％；所述Cr原料为Cr颗粒，纯度大于等于99.9％；所述O原料为TiO2颗粒，纯度大于等于99.9％；所述Ti原料为Ti颗粒和TiO2颗粒，纯度大于等于99.9％。
3.一种如权利要求1或2所述高塑性高应变硬化亚稳β钛合金的制备方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
4.如权利要求3所述一种高塑性高应变硬化亚稳β钛合金的制备方法，其特征在于，采用真空电弧熔炼炉进行合金化熔炼，熔炼时保护气体为氩气。
5.如权利要求3或4所述一种高塑性高应变硬化亚稳β钛合金的制备方法，其特征在于，所述制备过程中所得成品铸锭先进行线切割，去除铸锭表面氧化层，得到规整形状的成品铸锭，再将规整形状的成品铸锭在970～1030℃下进行真空均匀化退火热处理。p>
6.如权利要求5所述一种高塑性高应变硬化亚稳β钛合金的制备方法，其特征在于，均匀化退火热处理采用空热处理炉实现，真空度低于3×10-4Pa。
7.如权利要求3、4或6所述一种高塑性高应变硬化亚稳β钛合金的制备方法，其特征在于，固溶热处理后的冷却方式为水淬。
...【技术特征摘要】
1.一种高塑性高应变硬化亚稳β钛合金，其特征在于，以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：mo 5～6.5％，cr 4～5.5％，o0.03～0.15％，余量为ti。
2.如权利要求1所述的一种高塑性高应变硬化亚稳β钛合金，其特征在于，所述mo原料为mo颗粒，纯度大于等于99.9％；所述cr原料为cr颗粒，纯度大于等于99.9％；所述o原料为tio2颗粒，纯度大于等于99.9％；所述ti原料为ti颗粒和tio2颗粒，纯度大于等于99.9％。
3.一种如权利要求1或2所述高塑性高应变硬化亚稳β钛合金的制备方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
4.如权利要求3所述一种高...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐舜，李梅琴，范群波，程兴旺，潘士伟，张飞，李淦，杨林，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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