CN108977693B - 一种再结晶高强钛合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种再结晶钛合金及其制备方法，该高强钛合金，包括Al 4.5～6.0％、Sn 3.7～4.7％、Mo 0.75～2.0％、Si 0.2～0.35％、Nd 0.6～1.2％、Zr 5～50％和余量的Ti。本发明通过合金化，由于Zr元素的添加会引起晶格畸变，这些缺陷会导致在形核过程中，形核点增多，形核的密度增加，起到晶粒细化到作用，进行实现细晶强化。实验结果表明，本发明提供的再结晶高强钛合金，屈服强度：963～1130MPa，抗拉强度：1100～1280MPa，远高于对比合金880MPa的屈服强度和1020MPa的抗拉强度，并且延伸率保持相当水平。

Description

一种再结晶高强钛合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及钛合金技术领域，特别涉及一种再结晶高强钛合金及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金的应用范围广泛，遍及海洋工程、航空航天、生物医学工程、冶金、化工、轻工等诸多领域。随着钛及钛合金被广发应用，如今工业的发展和服役的环境对钛合金性能提出了更苛刻的要求，传统钛合金在强度、抗腐蚀性能方面已经很难达到当下在工程应用的标准，而高强度钛耐蚀合金是目前研究开发和应用的重点方向之一。

例如，中国专利CN01140046.3公开一种采用熔炼和粉末冶金技术制备的钛铝合金，其主要组成为钛、铝和铌。该合金中铝含量的范围为45.5至49原子％。但该专利同时采用熔炼和粉末冶金技术，工序复杂，成本高。再如，中国专利CN97119996.5属于金属热处理的技术领域，通过将钛铝合金铸件首先经热等静压在α相区高温处理，其次进行循环热处理和共析温度等温处理，最后是进行临界温度处理；但该方案需要同时采用熔炼、热等静压和循环热处理技术，工序复杂，成本高。不仅现有钛合金制备方法工艺繁琐，并且以此得到的钛合金强度性能仍难以满足日益苛刻的工业服役标准，限制广泛应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种再结晶高强钛合金及其制备方法。本发明提供的钛合金强度力学性能优异，满足工业服役要求。

本发明提供了一种再结晶高强钛合金，按质量含量计，Al 4.5～6.0％、Sn 3.7～4.7％、Mo 0.75～2.0％、Si 0.2～0.35％、Nd 0.6～1.2％、Zr 5～50％和余量的Ti。

优选的，所述再结晶高强钛合金包括包括Al 4.5～5.0％、Sn 3.7～4.0％、Mo 1.5～2.0％、Si 0.3～0.35％、Nd 1.0～1.2％、Zr 10～30％和余量的Ti。

优选的，所述再结晶高强钛合金的组织由再结晶的α相组成；所述再结晶高强钛合金组织中晶粒的粒径为4.8～27.3μm。

本发明还提供了上述技术方案所述的再结晶高强钛合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将合金原料熔炼后得到铸态合金坯；

(2)将所述步骤(1)得到的铸态合金坯进行保温处理后变形，得到致密化合金坯；

(3)将所述步骤(2)得到的致密化合金坯进行固溶处理，得到再结晶高强钛合金。

优选的，所述步骤(1)中熔炼为真空电弧熔炼，所述真空电弧熔炼的温度为1900～2100℃。

优选的，所述步骤(1)中熔炼次数在5次以上，每次熔炼时间为3～5min。

优选的，所述步骤(2)中保温处理包括依次进行的第一保温和第二保温；所述第一保温的温度为1050～1150℃，第一保温的时间为20～50min；所述第二保温的温度为850～1000℃，第二保温的时间为20～50min。

优选的，所述步骤(2)中变形方式为轧制变形；所述轧制变形的总变形量为65～70％，轧制变形的温度为850～1000℃。

优选的，所述轧制变形为多道次轧制，每道次的变形量为14～16％；

采用多道次轧制时，每道次轧制后，将轧制后合金坯在轧制变形的温度下保温5～10min。

优选的，所述步骤(3)中固溶处理的保温温度为850～1000℃，固溶处理的保温时间为3～5min，固溶处理的冷却方式为水淬。

本发明提供了一种再结晶钛合金，按质量含量计，包括Al 4.5～6.0％、Sn3.7～4.7％、Mo 0.75～2.0％、Si 0.2～0.35％、Nd 0.6～1.2％、Zr 5～50％和余量的Ti。

本发明通过合金化，由于Zr元素的添加会引起晶格畸变，这些缺陷会导致在形核过程中，形核点增多，形核的密度增加，起到晶粒细化到作用，进行实现细晶强化。实验结果表明，本发明提供的再结晶高强钛合金，屈服强度：963～1130MPa，抗拉强度：1100～1280MPa，远高于对比合金880MPa的屈服强度和1020MPa的抗拉强度，并且延伸率保持相当水平。

附图说明

图1为对比例1制得的钛合金的金相光学显微图；

图2为实施例1制得的钛合金的金相光学显微图；

图3为实施例2制得的钛合金的金相光学显微图；

图4为实施例3制得的钛合金的金相光学显微图；

图5为本发明拉伸性能测试用拉伸试样尺寸图。

具体实施方式

本发明提供了本发明提供了一种再结晶钛合金，按质量含量计，Al4.5～6.0％、Sn3.7～4.7％、Mo 0.75～2.0％、Si 0.2～0.35％、Nd 0.6～1.2％、Zr 5～50％和余量的Ti。

本发明提供的再结晶高强钛合金，按质量含量计，包括Al 4.5～6.0％，优选为4.5～5.0％，进一步优选为4.6～4.8％。

本发明提供的再结晶高强钛合金，按质量含量计，包括Sn 3.7～4.7％，优选为3.7～4.0％，进一步优选为3.8～3.8％。

本发明提供的再结晶高强钛合金，按质量含量计，包括Mo 0.75～2.0％，优选为1.5～2.0％，进一步优选为1.6～1.8％。在本发明中，所述Mo元素作为一种合金化元素，是典型的β相稳定元素，对降低β相转变温度有一定的作用。

本发明提供的再结晶高强钛合金，按质量含量计，包括Si 0.2～0.35％，优选为0.3～0.35％，进一步优选为0.32～0.35％。

本发明提供的再结晶高强钛合金，按质量含量计，包括Nd 0.6～1.2％，优选为1.0～1.2％。

本发明中所提及的合金元素同时包含α相稳定元素(Al、Nd元素)、β相稳定元素(Mo、Si元素)与中性元素(Zr、Sn元素)，共同调节了合金的相组成，最终制得合金由全α相组成；且多种合金元素的添加量均不高，不易产生对合金力学性能有危害作用的金属间化合物相，均能完全溶解于合金基体中。

本发明提供的再结晶高强钛合金，按质量含量计，包括Zr5～50％，优选为10～50％，进一步优选为2.5～50％，更优选为2.5～30％，再优选为8～15％。在本发明中，由于Zr元素的添加会引起晶格畸变，这些缺陷会导致在形核过程中，形核点增多，形核的密度增加，起到晶粒细化到作用，进行实现细晶强化；在基体钛中添加了元素Zr，对相变温度影响不大的中性元素Zr与Ti形成无限固溶体，从而实现固溶强化，且Zr的致钝电位较Ti更负，即使在弱氧化条件环境中依然可以发生钝化，提高了表面生成致密氧化膜的能力，提升了其耐腐蚀性能。

本发明提供的再结晶高强钛合金，按质量含量计，除上述各元素外，包括余量的Ti。

本发明该合金通过添加适量稀土元素Nd，细化了合金组织，提高了合金抗氧化能力；稀土元素在合金中的内氧化，使合金基体中的氧含量降低并促使基体中的锡原子向稀土氧化物转移，抑制了Ti₃X相的析出；同时，稀土氧化形成的稀土氧化物颗粒作为合金形核的弥散质点及其稀土氧化物颗粒周围所形成的位错亚结构对合金起到强化作用。其中少量Si元素可以显著提高该合金的抗蠕变性能，主要原因在于Si在高温下将在位错上沉淀析出，从而有效地阻碍了位错攀移，同样也阻碍了变形的进行。在本发明中，大量Zr元素的添加除了起到固溶强化的作用外，产生的大量晶格畸变使得合金形核点增多，原始α相形核密度增加，同合金元素Nd一起进一步改善了合金的显微组织，细化晶粒，通过细晶强化提升了合金的力学性能。

在本发明中，所述再结晶高强钛合金优选由破碎后再结晶的α相组成；所述再结晶高强钛合金组织中晶粒的粒径优选为4.8～27.3μm，进一步优选为5.5～25μm，更优选为8～15μm；组织晶粒得到细化。

本发明还提供了上述技术方案所述的再结晶高强钛合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将合金原料熔炼后得到铸态合金坯；

(2)将所述步骤(1)得到的铸态合金坯进行保温处理后变形，得到致密化合金坯；

(3)将所述步骤(2)得到的致密化合金坯进行固溶处理，得到再结晶高强钛合金。

本发明将合金原料熔炼后得到铸态合金坯。本发明对所述合金原料的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的合金原料以能得到目标组分的钛合金为准。在本发明中，所述合金原料优选包括海绵锆、钛丝(99.9wt.％)、钼丝(99.7wt.％)、铝丝(99.7wt.％)、纯锡(99.8％)、硅粉(99.6wt.％)、含钕稀土和纯镍。本发明对各种合金原料的比例没有特殊的限定，能够使最终合金成分满足要求即可。

在本发明中，所述熔炼优选为真空电弧熔炼，所述真空电弧熔炼的温度优选为1900～2100℃，进一步优选为2000～2050℃。在本发明中，所述真空电弧熔炼的真空度优选为0.04～0.05MPa，在氩气条件下进行。当采用真空电弧熔炼时，本发明优选先将炉腔内真空度抽至8×10^-3Pa以下，再通入氩气气体；所述氩气的通入量以满足电弧熔炼用电离气体的量即可。在本发明中，所述真空电弧熔炼的电流优选为400～450A，进一步优选为420～435A。本发明对所述真空电弧熔炼的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。本发明采用先抽真空再通入氩气的方式首先能够避免Ti与Zr在高温的情况下，大量吸氢吸氧吸氮，发生氧化，还能为电弧熔炼提供电离气体。在本发明中，所述熔炼的次数优选在5次以上，进一步优选为6～10次，熔炼后得到铸态合金坯；每次熔炼的时间优选为3～5min。在本发明中，当反复进行熔炼时，所述熔炼优选在真空电弧熔炼炉中的进行；具体的：将金属原料在电弧熔炼炉中进行熔炼，得到熔炼液；随后冷却得到铸坯，再翻转铸坯后进行熔炼，再次得到熔炼液，再次冷却熔炼液，得到铸坯，以此反复5次以上，确保得到的铸态坯成分均匀。

本发明在熔炼时，熔炼液向固态转变的过程中β相优先形核长大，得到β相坯体，在冷却过程中得到原始α相坯体，为后续轧制变形及固溶处理获得再结晶的α相提供基础；并且所述熔炼过程能够使得铸态坯成分均匀，有效消除气孔和缺陷。

所述熔炼前，本发明优选将所述合金原料进行超声清洗；本发明对所述超声清洗的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。

得到铸态合金坯后，本发明将所述铸态合金坯进行保温处理后变形，得到致密化合金坯。本发明先将铸态合金坯进行保温处理后再进行变形处理，使得变形过程中钛合金锭能够保持较高温度，实现热变形。本发明采用热变形能够优选消除铸造缺陷，细化晶粒，并使得原始组织破碎，并且产生的大量位错为再结晶提供了驱动力，产生再结晶组织，提高了合金在轧制方向上的力学性能。

在本发明中，所述保温处理优选包括依次进行的第一保温和第二保温。在本发明中，所述第一保温的温度优选为1050～1150℃，进一步优选为1050～1140℃，所述第一保温的时间优选为20～50min，进一步优选为30～40min。在本发明中，所述第二保温的温度优选为850～1000℃，进一步优选为900～950℃；所述第二保温的时间优选为20～50min，进一步优选为25～45min。本发明采用两阶段保温的方式，在第一阶段使得合金坯在β区域充分进行组织均匀化，以使合金元素充分扩散，提高组织均匀性；再结合第二阶段的保温过程，在两相区下限温度区间进行保温，使得合金在轧制变形时原始板条α相晶粒可以得到有效变形及破碎，为后续变形处理提供组织基础。

所述保温处理后，本发明将所述保温后钛合金锭进行变形，得到致密化合金坯。在本发明中，所述变形方式优选为轧制变形，所述轧制变形的总变形量优选为65～70％，进一步优选为67～68％；所述轧制变形的温度优选为850～1000℃，进一步优选为900～980℃，更优选为960～970℃，与保温处理过程中第二保温的温度保持一致。在本发明中，所述变形处理使得原始板条α相晶粒细化和破碎，并且生成大量位错，有助于提高合金强塑性。

在本发明中，所述轧制变形进一步优选为多道次轧制，每道次的变形量优选为15％；本发明对所述多道次轧制的轧制次数没有特殊要求，以能完成目标变形量即可。本发明进行多道次轧制时，每次轧制后，本发明优选将所述轧制后合金坯在轧制变形的温度下保温5～10min，进一步优选为6～7min。本发明对所述轧制变形的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。本发明采用多道次轧制变形的方式，控制单道次变形量，克服α钛合金的热加工阻力，并且实现了晶粒的尽可能细化。

得到致密化合金坯后，本发明将所述致密化合金坯进行固溶处理，得到再结晶高强钛合金。在本发明中，所述固溶处理的保温温度优选为850～1000℃，进一步优选为875～980℃，更优选为900～955℃；所述固溶处理的保温时间优选为3～5min，进一步优选为3.5～4min。在本发明中，所述固溶处理的冷却方式优选为水淬，进一步优选在室温水中进行水淬。本发明对所述固溶处理的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的实施方式即可。在本发明中，所述固溶处理的保温过程优选在保护气氛下进行，所述保护气氛具体为氩气保护气氛。在本发明中，所述固溶处理能够尽可能消除因热变形所导致的残余应力，提高塑性，还能减小热轧变形过程中，变形阶段温度降低，期间会发生部分α相向β相转变，绝大部分原始α板条经轧制变形至扭曲或破碎，大幅增加了晶界密度，从而保证在提高一定强度的同时具有一定的塑性，更好的调控合金的性能。

本发明中，所述固溶处理的冷却方式优选为水淬。本发明对所述固溶处理的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的实施方式即可。在本发明中，所述固溶处理的保温过程优选在保护气氛下进行，所述保护气氛具体为氩气保护气氛。本发明采用所述固溶处理，固溶时间段内固溶温度低，在所述固溶处理即可使Zr固溶在合金基体内，并且在固溶阶段的保温过程中被扭曲破碎的α发生再结晶，再结晶晶粒主要由扭折破碎的原始α相及原始α相内的亚晶所产生，再结晶组织尺寸均匀、组织稳定，从而改善合金的力学性能，提高钛合金的抗拉强度。

本发明仅需在熔炼后进行热变形，再进行简单的固溶处理即可得到强度性能优异的钛合金，不需要再进行退火等热处理手段进行后期处理，方法简单易行。

固溶处理后，本发明优选将固溶态合金去除表面氧化皮，得到再结晶高强钛合金。本发明优选采用打磨的方式去除表面氧化皮。

本发明结合元素间的共同作用，实现固溶强化，在一定程度上还能够细化晶粒，然后进行热变形，有利于破碎晶粒，使组织晶粒得到进一步细化，还可以消除组织缺陷，使合金强度提高。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的再结晶高强钛合金及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

按合金成分Ti-10Zr-5.5Al-4Sn-1Mo-1Nd-0.25Si(质量百分比)配料，称取工业级海绵锆、钛丝(99.9％)、钼丝(99.7％)、铝丝(99.7％)、纯锡(99.8％)、硅粉(99.6％)、含钕稀土浸于无水乙醇中，超声波清洗后，进行风干，置入非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中，铜坩埚内壁要预先做清洁处理并擦拭干净，避免带入其他杂质，炉腔内的真空度要抽到8×10^-3Pa以下，电弧熔炼前充入高纯氩气作为保护气(真空度在0.04～0.05MPa)后，每次熔炼时电弧温度大约为2000℃左右，每次熔炼时间约为4分钟左右，每次熔炼完毕后冷却得到铸锭，再对铸锭进行翻转处理进行熔炼，以此熔炼-浇铸铸锭反复熔炼及翻转铸锭5次以保证最终获取的铸锭成分均匀。

将合金铸锭放入马弗炉中加热到1050℃β相区进行均匀化处理30分钟，然后降低温度到850℃并保温30分钟，在此温度下迅速取出在双辊轧机上进行轧制变形，轧制工艺采用多道次轧制变形，每道次的压下量为2mm，每次的轧制变形量为16％，保证总轧制量为65％；其间，每道次轧制后，将其放入马弗炉中加热至相应的轧制温度，并保温5分钟。

经最后一道次轧制后再次将合金锭放入马弗炉中加热至轧制温度，并保温五分钟，然后迅速放入室温水中进行淬火处理，待合金板完全冷却后取出，将制备出的合金板材表面的氧化皮打磨干净，并将其洗净，最终制得钛合金。

用荧光测取该合金试样成分为Ti-10.1Zr-5.5Al-4.1Sn-0.9Mo-0.8Nd-0.25Si。

实施例2

按合金成分Ti-30Zr-5.5Al-4Sn-1Mo-1Nd-0.25Si(质量百分比)配料，称取工业级海绵锆、钛丝(99.9％)、钼丝(99.7％)、铝丝(99.7％)、纯锡(99.8％)、硅粉(99.6％)、含钕稀土浸于无水乙醇中，超声波清洗后，进行风干，置入非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中，铜坩埚内壁要预先做清洁处理并擦拭干净，避免带入其他杂质，炉腔内的真空度要抽到8×10^-3Pa以下，电弧熔炼前充入高纯氩气作为保护气(真空度在0.04～0.05MPa)后，每次熔炼时电弧温度大约为2000℃左右，每次熔炼时间约为4分钟左右，每次熔炼完毕后冷却得到铸锭，再对铸锭进行翻转处理进行熔炼，以此熔炼-浇铸铸锭反复熔炼及翻转铸锭5次以保证最终获取的铸锭成分均匀。

将合金铸锭放入马弗炉中加热到1050℃β相区进行均匀化处理30分钟，然后降低温度到850℃并保温30分钟，在此温度下迅速取出在双辊轧机上进行轧制变形，轧制工艺采用多道次轧制变形，每道次的压下量为2mm，每次的轧制变形量为15％，保证总轧制量为65％；其间，每道次轧制后，将其放入马弗炉中加热至相应的轧制温度，并保温5分钟。

经最后一道次轧制后再次将合金锭放入马弗炉中加热至轧制温度，并保温五分钟，然后迅速放入室温水中进行淬火处理，待合金板完全冷却后取出，将制备出的合金板材表面的氧化皮打磨干净，并将其洗净，最终制得钛合金。

用荧光测取该合金试样成分为Ti-29.8Zr-5.5Al-4.0Sn-1.0Mo-1.0Nd-0.30Si。

实施例3

按合金成分Ti-50Zr-5.5Al-4Sn-1Mo-1Nd-0.25Si(质量百分比)配料，称取工业级海绵锆、钛丝(99.9％)、钼丝(99.7％)、铝丝(99.7％)、纯锡(99.8％)、硅粉(99.6％)、含钕稀土浸于无水乙醇中，超声波清洗后，进行风干，置入非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中，铜坩埚内壁要预先做清洁处理并擦拭干净，避免带入其他杂质，炉腔内的真空度要抽到8×10^-3Pa以下，电弧熔炼前充入高纯氩气作为保护气(真空度在0.04～0.05MPa)后，每次熔炼时电弧温度大约为2100℃左右，每次熔炼时间约为5分钟左右，每次熔炼完毕后冷却得到铸锭，再对铸锭进行翻转处理进行熔炼，以此熔炼-浇铸铸锭反复熔炼及翻转铸锭5次以保证最终获取的铸锭成分均匀。

将合金铸锭放入马弗炉中加热到1100℃β相区进行均匀化处理40分钟，然后降低温度到900℃并保温40分钟，在此温度下迅速取出在双辊轧机上进行轧制变形，轧制工艺采用多道次轧制变形，每道次的压下量为2mm，每次的轧制变形量为14％，保证总轧制量为65％；其间，每道次轧制后，将其放入马弗炉中加热至相应的轧制温度，并保温5分钟。

经最后一道次轧制后再次将合金锭放入马弗炉中加热至轧制温度，并保温五分钟，然后迅速放入室温水中进行淬火处理，待合金板完全冷却后取出，将制备出的合金板材表面的氧化皮打磨干净，并将其洗净，最终制得钛合金。

用荧光测取该合金试样成分为Ti-50.2Zr-4.5Al-3.7Sn-1.2Mo-1.2Nd-0.35Si。

对比例1

按合金成分Ti-5.5Al-4Sn-2Zr-1Mo-1Nd-0.25Si(质量百分比)配料，称取工业级海绵锆、钛丝(99.9％)、钼丝(99.7％)、铝丝(99.7％)、纯锡(99.8％)、硅粉(99.6％)、含钕稀土浸于无水乙醇中，超声波清洗后，进行风干，置入非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中，铜坩埚内壁要预先做清洁处理并擦拭干净，避免带入其他杂质，炉腔内的真空度要抽到8×10^-3Pa以下，电弧熔炼前充入高纯氩气作为保护气(真空度在0.04～0.05MPa)后，每次熔炼时电弧温度大约为1900℃左右，每次熔炼时间约为3分钟左右，每次熔炼完毕后冷却得到铸锭，再对铸锭进行翻转处理进行熔炼，以此熔炼-浇铸铸锭反复熔炼及翻转铸锭5次以保证最终获取的铸锭成分均匀。

将合金铸锭放入马弗炉中加热到1000℃β相区进行均匀化处理20分钟，然后降低温度到800℃并保温20分钟，在此温度下迅速取出在双辊轧机上进行轧制变形，轧制工艺采用多道次轧制变形，每道次的压下量为1.8mm，每次的轧制变形量为15％，保证总轧制量为65％；其间，每道次轧制后，将其放入马弗炉中加热至相应的轧制温度，并保温5分钟。

经最后一道次轧制后再次将合金锭放入马弗炉中加热至轧制温度，并保温五分钟，然后迅速放入室温水中进行淬火处理，待合金板完全冷却后取出，将制备出的合金板材表面的氧化皮打磨干净，并将其洗净，最终制得钛合金。

用荧光测取该合金试样成分为Ti-5.9Al-4.6Sn-2.1Zr-0.75Mo-0.6Nd-0.2Si。

利用线切割将对实施例1～3和对比例1的钛合金切出拉伸试样(国家标准：GBT228-2002)，如图5所示的拉伸试样。每个样品至少切出5个拉伸样，确保数据的可重复性，采用室温单轴拉伸实验进行测量，测试仪器型号为Instron5982的万能材料试验机(生产商：英斯特朗，美国)，全程用引伸计监测试样的拉伸位移，拉伸速率设定为5×10^-3s^-1，进行拉伸试验，由此获得其力学性能相关数据，测试结果如表1所示。

表1实施例1～3和对比例1得到的钛合金的力学性能测试

由表1可知，本发明得到的钛合金中与实测的对比钛合金相比较，实施例1～3得到的钛合金的力学性能测试结果为：屈服强度：963～1130MPa，抗拉强度：1100～1280MPa，并且延伸率保持相当水平；屈服及抗拉强度均得到提升，且塑性下降幅度较小，强韧性得到提升。

分别对对比例1和实施例1～3得到的钛合金进行金相组织观察，结果分别如图1～4所示。由图1～4可知，本发明不同实施例所制得的钛合金的组织为原始板条α相经轧制变形破碎后得到的再结晶α相晶粒。

由以上实施例可以看出，本发明通过合金化，对相变温度影响不大的中性元素Zr与Ti形成无限固溶体，从而实现固溶强化，且Zr的致钝电位较Ti更负，即使在弱氧化条件环境中依然可以发生钝化，提高了表面生成致密氧化膜的能力，提升了其耐腐蚀性能。

并且，本发明钛合金制备工艺简便，生产成本低，非常便于工业化生产，成本低，操作过程简单；通过控制各元素的含量，提升钛合金的力学性能，显著提高钛合金的强度，使其满足航空构件的的要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种再结晶高强钛合金，按质量含量计，包括Al 4.5～6.0％、Sn 3.7～4.7％、Mo0.75～2.0％、Si 0.2～0.35％、Nd 0.6～1.2％、Zr 5～50％和余量的Ti；

所述的再结晶高强钛合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将合金原料熔炼后得到铸态合金坯；

(2)将所述步骤(1)得到的铸态合金坯进行保温处理后变形，得到致密化合金坯；

(3)将所述步骤(2)得到的致密化合金坯进行固溶处理，得到再结晶高强钛合金；

所述步骤(2)中保温处理包括依次进行的第一保温和第二保温；所述第一保温的温度为1050～1150℃，第一保温的时间为20～50min；所述第二保温的温度为850～1000℃，第二保温的时间为20～50min。

2.根据权利要求1所述的再结晶高强钛合金，其特征在于，所述再结晶高强钛合金包括包括Al 4.5～5.0％、Sn 3.7～4.0％、Mo 1.5～2.0％、Si 0.3～0.35％、Nd 1.0～1.2％、Zr10～30％和余量的Ti。

3.根据权利要求1或2所述的再结晶高强钛合金，其特征在于，所述再结晶高强钛合金的组织由再结晶α相组成；所述再结晶高强钛合金组织中晶粒的粒径为4.8～27.3μm。

4.权利要求1～3任意一项所述的再结晶高强钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将合金原料熔炼后得到铸态合金坯；

(2)将所述步骤(1)得到的铸态合金坯进行保温处理后变形，得到致密化合金坯；所述保温处理包括依次进行的第一保温和第二保温；所述第一保温的温度为1050～1150℃，第一保温的时间为20～50min；所述第二保温的温度为850～1000℃，第二保温的时间为20～50min；

(3)将所述步骤(2)得到的致密化合金坯进行固溶处理，得到再结晶高强钛合金。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中熔炼为真空电弧熔炼，所述真空电弧熔炼的温度为1900～2100℃。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中熔炼次数在5次以上，每次熔炼时间为3～5min。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中变形方式为轧制变形；所述轧制变形的总变形量为65～70％，轧制变形的温度为850～1000℃。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述轧制变形为多道次轧制，每道次的变形量为14～16％；

采用多道次轧制时，每道次轧制后，将轧制后合金坯在轧制变形的温度下保温5～10min。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中固溶处理的保温温度为850～1000℃，固溶处理的保温时间为3～5min，固溶处理的冷却方式为水淬。