一種高動態性能近α型鈦合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鈦合金領域，涉及一種高動態性能近α型鈦合金，本發明還涉及上述 高動態性能近α型鈦合金的制備方法。
【背景技術】
[0002] WSTi6211F鈦合金名義成分為Ti-6Al-2Zr-lM〇-lV-0. 15Fe，是一種高動態性能的 近α型鈦合金，屬于高鋁當量的近α型鈦合金。WSTi6211F合金具有中等的室溫強度和高 溫強度，良好的熱穩定性和焊接性能，較高的比強度、抗蠕變性和耐腐蝕性。與國內外廣泛 使用的TC4(Ti-6Al-4V)合金相比，當工作溫度超過400°C時，WSTi6211F合金的強度優勢更 明顯，高出lOOMPa，是重要的航空、航天、兵器用材料。
[0003] 動態性能一般是指材料在高應變率下表現出的應力應變的關系，是穿甲型戰斗 部殼體的主要表征性能，具有短歷時、高強度與高應變率（1〇2~IO4S 4的特點，與靜態 (10 5~10 1S1)既有區別，又有聯系。動態性能的一般衡量指標包括平均流變應力、最大塑 性應變和沖擊吸收能。而傳統TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金殼體的動態性能低，且不穩定，嚴重 影響材料的使用。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的是提供一種高動態性能近α型鈦合金，解決了傳統鈦合金動態性 能低、不穩定的問題。
[0005] 本發明的另一目的是提供上述高動態性能近α型鈦合金的制備方法。
[0006] 本發明所采用的技術方案是，一種高動態性能近α型鈦合金，按照質量百分比 由以下元素組成：Al :5· 0%~6. 8%，Zr :1· 5%~2. 4%，Mo :1· 0%~L 9%，V :1· 5%~ 2. 5%，Fe :0. 05%~0. 30%，0 :0. 05%~0. 14%，余量為Ti，以上組分質量百分比之和為 100%〇
[0007] 本發明所采用的另一技術方案是，一種高動態性能近α型鈦合金的制備方法，具 體按以下步驟實施：
[0008] 步驟1，制備電極塊：
[0009] 采用AlMo、A1V、TiFe中間合金與海綿鈦和1102粉末進行單塊電極混料，并壓制 成電極塊；AlMo、AlV、TiFe中間合金與海綿鈦和TiO2粉末混合后，各元素的質量百分比為： Al :5· 0%~6. 8%，Zr :1· 5%~2· 4%，Mo :1· 0%~I. 9%，V :1· 5%~2. 5%，Fe :0· 05%~ 0. 30%，0 :0. 05%~0. 14%，余量為Ti，以上組分質量百分比之和為100% ;
[0010] 步驟2,制備電極：
[0011]用夾具夾緊步驟1制得的電極塊，采用非鎢極氬氣保護等離子箱將電極塊焊接成 圓柱形的電極；
[0012] 步驟3,真空熔煉：
[0013] 將步驟2制備得到的電極，在真空自耗電弧爐中進行3次真空熔煉，得到 WSTi6211F鈦合金鑄錠；
[0014] 步驟4,開坯鍛造：
[0015] 對WSTi62IlF鈦合金鑄錠在其相變點以上進行高溫開坯鍛造；
[0016] 步驟5，中間火次鍛造：
[0017] 對經步驟4鍛造后的WSTi6211F鈦合金鍛坯在相變點以下進行中間火次鍛造；
[0018] 步驟6,拔長、摔圓：
[0019] 對經步驟5鍛造后的WSTi6211F鈦合金鍛坯在相變點以下進行拔長與摔圓，即得 到高動態性能近α型鈦合金。
[0020] 本發明的特點還在于，
[0021] 步驟1中海綿鈦的顆粒度為0· 83~12. 7mm。
[0022] 步驟3中三次真空熔煉的參數，具體為：
[0023] 一次熔煉：坩堝規格Φ440~Φ 560mm，熔前真空度彡2. OPa，預真空度彡3. OPa， 漏氣率彡1.0 Pa/min，熔煉電壓28~45V，熔煉電流12~30kA，穩弧電流直流6. 0~18. 0A， 冷卻時間彡4h ;
[0024] 二次熔煉：坩堝規格Φ 520~Φ640mm，熔前真空度彡2. OPa，預真空度彡2. OPa， 漏氣率彡1.0 Pa/min，熔煉電壓30~40V，熔煉電流22~32kA，穩弧電流交流8. 0~20. 0A， 冷卻時間彡5h ;
[0025] 三次熔煉：坩堝規格Φ 560~Φ 720mm，熔前真空度彡2. OPa，預真空度彡1.0 Pa， 漏氣率彡1.0 Pa/min，熔煉電壓30~40V，熔煉電流23~35kA，穩弧電流交流12. 0~ 22. 0A，冷卻時間彡6h。
[0026] 步驟4中相變點以上進行高溫開坯鍛造，具體為：在80~200°C加熱，保溫2~3 小時后出爐鍛造，進行2~3火次鐓粗、拔長，每一火次變形量為45 %~70%，然后對鍛坯 進行冷卻，冷卻方式為空冷或水冷，水冷時間Ih以上。
[0027] 步驟5中相變點以下進行中間火次鍛造，具體為：在20~80°C加熱，保溫2~3小 時，隨后進行3~4火次鐓粗、拔長，每火次變形量為45 %~70 %，然后對鍛坯進行冷卻，冷 卻方式為空冷或水冷，水冷時間Ih以上。
[0028] 步驟6中相變點以下進行拔長與摔圓，具體為：在40~80°C加熱，保溫2~3小 時，隨后進行2~4火次拔長，每火次變形量為45 %~70%，然后進行冷卻，冷卻方式采用 空冷；在40~80°C加熱保溫，進行鍛坯摔圓，摔圓時應保證有10%以上的變形量，摔圓后采 用空冷或水冷。
[0029] 本發明的有益效果是，本發明采用純凈化和高均勻化熔煉方法細化了大型鑄錠的 鑄態組織并提高了鑄錠成分的微觀均勻性，同時通過控制Al和0元素的含量，既保證了 WSTi6211F鈦合金具有足夠的強度，又大幅度提高了 WSTi6211F鈦合金的塑性和韌性，再結 合高溫均勻化處理和循環鍛造工藝，達到了提高鈦合金動態性能的目的。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發明實施例1制備得到的WSTi6211F鑄錠各個部位取樣測試的主元素分 布及含量圖；
[0031] 圖2是本發明實施例2制備得到的WSTi6211F鑄錠各個部位取樣測試的主元素分 布及含量圖；
[0032] 圖3是本發明實施例3制備得到的WSTi6211F鑄錠各個部位取樣測試的主元素分 布及含量圖；
[0033] 圖4是本發明制備得到的WSTi6211F與TC4(Ti-6Al-4V)合金動態應力應變對比 曲線圖；
[0034] 圖5是本發明制備得到的WSTi6211F與TC4(Ti-6Al-4V)合金斷口宏觀、微觀形貌 和高倍組織圖。
【具體實施方式】
[0035] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0036] 本發明提供了一種高動態性能近α型鈦合金，按照質量百分比由以下元素組成： Al :5· 0%~6. 8%，Zr :1· 5%~2· 4%，Μο :1· 0%~I. 9%，V :1· 5%~2. 5%，Fe :0· 05%~ 0. 30%，0 :0. 05%~0. 14%，余量為Ti，以上組分質量百分比之和為100%。
[0037] 本發明還提供了上述高動態性能近α型鈦合金的制備方法，具體按以下步驟實 施：
[0038] 步驟1，制備電極塊：
[0039] 采用AlMo、AlV、TiFe中間合金與顆粒度為0. 83~12. 7mm的海綿鈦和TiO2粉末進 行單塊電極混料，并用大型液壓機壓制成電極塊，壓制壓力為20~35MPa，壓制時間3~10 秒；五種原材料按照名義成分比率配料并混合均勻，即各元素質量百分比為：Al :5. 0%~ 6. 8%，Zr :1· 5%~2. 4%，Mo :1· 0%~L 9%，V :1· 5%~2. 5%，Fe :0· 05%~0· 30%，0 : 0. 05%~0. 14%，余量為Ti，以上組分質量百分比之和為100%。
[0040] 步驟2,制備電極：
[0041] 用夾具夾緊步驟1制得的電極塊，采用非鎢極氬氣保護等離子箱將電極塊焊接成 一個圓柱形的電極。
[0042] 焊點要求為銀灰色或淡黃色，防止焊點氧化和高密度夾雜等冶金缺陷；電極塊尺 寸由模具確定，電極塊數量根據坩堝長度而定。
[0043] 步驟3,將步驟2制備得到的電極，在真空自耗電弧爐中進行三次真空熔煉，得到 WSTi6211F鈦合金鑄錠：
[0044] 一次熔煉：坩堝規格Φ440~Φ 560mm，熔前真空度彡2. OPa，預真空度彡3. OPa， 漏氣率彡1.0 Pa/min，熔煉電壓28~45V，熔煉電流12~30kA，穩弧電流直流6. 0~18. 0A， 冷卻時間彡4h ;
[0045] 二次熔煉：坩堝規格Φ 520~Φ640mm，熔前真空度彡2. OPa，預真空度彡2. OPa， 漏氣率彡1.0 Pa/min，熔煉電壓30~40V，熔煉電流22~32kA，穩弧電流交流8. 0~20. 0A， 冷卻時間彡5h ;
[0046] 三次熔煉：坩堝規格Φ 560~Φ 720mm，熔前真空度彡2. OPa，預真空度彡1.0 Pa， 漏氣率彡1.0 Pa/min，熔煉電壓30~40V，熔煉電流23~35kA，穩弧電流交流12. 0~ 22. 0A，冷卻時間彡6h。
[0047] 步驟4,采用大噸位快鍛機對WSTi6211F鈦合金鑄錠進行高溫開坯鍛造（鐓粗、拔 長交替進行）：
[0048] 在相變點以上80~200°C加熱保溫（保溫時間根據坯料尺寸設定）后出爐鍛造， 進行2~3火次鐓粗、拔長，每一火次變形量為45 %~70 %，充分破碎鑄錠心部的粗大的鑄 態組織。冷卻方式根據鍛后鍛坯的表面狀況選擇空冷或水冷，水冷時間Ih以上。
[0049] 步驟5,