CN108893632B - 一种强韧耐蚀钛合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种强韧耐蚀钛合金及其制备方法，该强韧耐蚀钛合金，按质量含量计，包括Al 5.56～6.75％、Ru 0.08～0.14％、V 3.5～4.5％、Zr(0,50％]和余量的Ti。本发明通过合金化，提高钛合金的强度和耐蚀性能，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；元素Al极大的提高了α相的稳定性和β‑α转变温度，合金在淬火后获得的均为细小的α相，实现细晶强化；同时微量元素Ru的添加也使合金耐蚀性的提高。

Description

一种强韧耐蚀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，特别涉及一种强韧耐蚀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韧性和耐腐蚀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强韧耐蚀钛合金及其制备方法。本发明提供的钛合金强度和韧性综合力学性能优异，满足航空结构用钛合金的要求。

本发明提供了一种强韧耐蚀钛合金，按质量含量计，包括Al 5.56～6.75％、Ru0.08～0.14％、V 3.5～4.5％、Zr(0,50％]和余量的Ti。

优选的，所述强韧耐蚀钛合金包括Al 5.6～5.8％、Ru 0.10～0.12％、V 3.6～3.8％、Zr 10～30％和余量的Ti。

优选的，所述强韧耐蚀钛合金的组织包括β相基体、交错的针状α相马氏体和层片状α'马氏体；所述强韧耐蚀钛合金组织中晶粒的粒径为1.2～10.2μm。

本发明还提供了上述技术方案所述的强韧耐蚀钛合金的制备方法，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，得到强韧耐蚀钛合金。

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2000～3000℃。

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1～2min。

优选的，所述步骤(2)中保温处理的温度为850～890℃，保温处理的时间为0.5～1.0h。

优选的，所述步骤(2)中变形为轧制变形；所述轧制变形的总变形量为65～70％，轧制变形的温度为850～890℃。

优选的，所述轧制变形为多道次轧制，每道次的压下量为2～3mm；

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850～890℃，固溶处理的保温时间为3～7min，固溶处理的冷却方式为水淬。

本发明提供了一种强韧耐蚀钛合金，按质量含量计，包括Al 5.56～6.75％、Ru0.08～0.14％、V 3.5～4.5％、Zr(0,50％]和余量的Ti。

本发明通过合金化，在基体钛中添加了元素Zr、元素Al、元素V和元素Ru，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；元素Al极大的提高了α相的稳定性和β-α转变温度，合金在淬火后获得的均为细小的α相，实现细晶强化；同时微量元素Ru的添加也使合金耐蚀性的提高。实验结果表明，本发明提供的高强耐蚀钛合金与相似的钛合金(Ti-6Al-4V-0.1Ru)相比，抗拉强度提高了12.5％～58.6％，氯化钠中的抗腐蚀能力提高了3.77％～18.62％，两方面均得到了非常显著的提高。

附图说明

图1为实施例1制得的钛合金的金相光学显微图；

图2为实施例2制得的钛合金的金相光学显微图；

图3为实施例3制得的钛合金的金相光学显微图；

图4为实施例4制得的钛合金的金相光学显微图；

图5为实施例5制得的钛合金的金相光学显微图；

图6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强韧耐蚀钛合金，按质量含量计，包括Al 5.56～6.75％、Ru 0.08～0.14％、V 3.5～4.5％、Zr(0,50％]和余量的Ti。

本发明提供的强韧耐蚀钛合金，按质量含量计，包括Al 5.56～6.75％，优选为5.6～5.8％或6.2～6.6％。在本发明中，所述Al用于形成钛铝合金的δ相组织；元素Al极大的提高了α相的稳定性和β-α转变温度，便于在固溶处理过程中在淬火后获得的更为细小的α相，可以大幅提高钛合金的比强度，达到细晶强化的效果；同时也可以使合金在一定程度上实现轻量化；并且铝的添加可大大提高锆的抗腐蚀性。

本发明提供的强韧耐蚀钛合金，按质量含量计，包括Ru 0.08～0.14％，优选为0.10～0.12％。在本发明中，所述Ru能够降低合金的腐蚀电位从而有利于合金耐蚀性的提高。

本发明提供的强韧耐蚀钛合金，按质量含量计，包括V 3.5～4.5％，优选为3.5～3.8％或4.2～4.5％。本发明在基体钛中加入元素V，能够使组织的晶粒得到细化，从而提高其强度和耐蚀性；并且V使α-β转变温度稍许下降，在α-Zr和α-Ti中的溶解度很小，与Ti和Zr形成的中间相分别为TiV₂和ZrV₂，两相在基体中的弥散能够提高强度，降低合金的抗腐蚀性；再者，V的添加能够细化晶粒，提高强度和塑性。

本发明提供的强韧耐蚀钛合金，按质量含量计，包括Zr(0,50％]，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。

本发明提供的强韧耐蚀钛合金，按质量含量计，除上述各元素外，包括余量的Ti。

本发明的合金元素中同时包含α相稳定元素、β相稳定元素与中性元素，多种合金元素同时调节了合金相组成的同时，通过细晶强化与固溶强化的作用提高了合金的力学性能；Al元素的固溶强化效果显著，可极大的提高α相的稳定性和α→β转变温度，使合金组织性能稳定，同时也可以使合金在一定程度上实现轻量化；V元素是β稳定元素，拓宽了β相区，提升合金淬透性，为淬火后截留亚稳β相提供保障。少量Ru元素添加可在合金表面形成Ti-Ru的析出物，该富Ru区成为阴极，其氢过电位低，加速氢离子的还原，这种氢离子还原反应或阴极改性现象的去极化作用，使合金的腐蚀电位向惰性(正)方向移动在此保护性的TiO₂膜很稳定能够达到完全钝态可有效提升合金耐腐蚀性能；并且大量Zr元素的添加除了起到固溶强化的作用外，还适当降低了合金的α→β相转变温度，使得合金保留了更多的β相，β相为体心立方结构相对于密排六方结构的α相其滑移系较多，表现为塑性较好，且合金的原始β晶粒得到细化，原始β晶界密度增加，使得位错运动受到阻碍，强度进一步得到提升。

在本发明中，所述强韧耐蚀钛合金的组织优选包括包括β相基体、交错的针状α相马氏体和层片状α'马氏体；所述强韧耐蚀钛合金组织中晶粒的粒径优选为1.2～10.2μm，进一步优选为3～7μm；晶粒得到细化。

本发明还提供了上述技术方案所述的强韧耐蚀钛合金的制备方法，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，得到强韧耐蚀钛合金。

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钛、海绵锆、纯铝、纯铬、高纯钒和高纯铷。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2000～3000℃，进一步优选为2200～2900℃，更优选为2200～2400℃，最优选为2250～2300℃。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9×10^-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1～2min。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，为后续固溶处理马氏体相的形成提供基础；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，密实组织，细化晶粒，促使合金在固溶过程中产生大量α′马氏体相，提高拉伸强度，并且可以产生大量位错，可以提高合金在轧制方向上的力学性能。

在本发明中，所述保温处理的温度优选为850～890℃，进一步优选为855～880℃，更优选为860～870℃。在本发明中，所述保温处理的保温时间优选为0.5～1.0h，进一步优选为0.6～0.9h。

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850～890℃，进一步优选为855～880℃，更优选为860～870℃，与保温处理过程中的温度保持一致。在本发明中，所述变形处理使得亚稳β相晶粒细化，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2～3mm；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。

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，得到强韧耐蚀钛合金。在本发明中，所述固溶处理的保温温度优选为850～890℃，进一步优选为855～880℃，更优选为860～870℃；所述固溶处理的保温时间优选为3～7min，进一步优选为4～5min。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，还可以有效的控制合金中α相和β相的形态、尺寸、比例和相界面，改变微区成分的分布，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，固溶温度低且固溶时间段，在所述固溶处理即可使Zr固溶在合金基体内，并且可以截留体力立方结构的亚稳β相，从而改善合金的力学性能，提高钛合金的抗拉强度。

固溶处理后，本发明优选将固溶态坯去除表面氧化皮，得到强韧耐腐蚀钛合金。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高强耐蚀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-6Al-4V-0.1Ru(质量百分比)配料，称取工业级海绵钛89.9g、海绵锆10g，纯铝6g，纯钒4g浸于无水乙醇中，超声波清洗后配入高纯Ru0.1g，进行风干，置入非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中，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3000℃左右，每次熔炼时间约为2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。

然后对取出的合金铸锭加热到轧制温度并保温1h，轧制温度为890℃，轧制为多道次轧制变形，每道次的压下量约为2mm，每道次轧制后，放入马弗炉重新加热至890℃并保温5分钟，合金铸锭制成最终变形量达65％的合金板材，得到的合金板材厚度为5mm。在终道次轧制后，进行固溶处理：重新加热至890℃，保温3分钟，然后迅速在室温水中进行淬火处理，等合金板完全冷却后取出，细致的打磨掉合金锭表面的氧化层，并将其洗净风干，得到强韧耐蚀钛合金。

实施例2

按合金成分Ti-20Zr-6Al-4V-0.1Ru(质量百分比)配料，称取工业级海绵钛68.839g、海绵锆20.035g、纯铝丝6g、高纯钒4g浸于无水乙醇中，超声波清洗后配入高纯Ru0.1g，进行风干，置入非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中，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2900℃左右，熔炼时间约为2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7次以保证最终获取的铸锭成分均匀。

然后对取出的合金铸锭加热到轧制温度并保温50min，轧制温度为880℃，轧制为多道次轧制变形，最终得到的板材厚度为5mm，每道次的压下量约为2mm，每道次轧制后，放入马弗炉重新加热至880℃并保温10分钟，合金铸锭制成最终变形量达65％的合金板材。在终道次轧制后，进行固溶处理：重新加热至880℃，保温5分钟，然后迅速在室温水中进行淬火处理，等合金板完全冷却后取出，细致的打磨掉合金锭表面的氧化层，并将其洗净风干，得到强韧耐蚀钛合金。

实施例3

按合金成分Ti-30Zr-6Al-4V-0.1Ru(质量百分比)配料，称取工业级海绵钛60.561g、海绵锆29.985g、纯铝丝6g、高纯钒4g浸于无水乙醇中，超声波清洗后配入高纯Ru0.1g，进行风干，置入非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中，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2500℃左右，每次熔炼时间约为1.5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6次以保证最终获取的铸锭成分均匀。

然后对取出的合金铸锭加热到轧制温度并保温45min，轧制温度为870℃，轧制为多道次轧制变形，每道次的压下量约为2mm，每道次轧制后，放入马弗炉重新加热至870℃并保温5分钟，合金铸锭制成最终变形量达65％的合金板材，得到厚度为5mm的板材。在终道次轧制后，进行固溶处理：重新加热至870℃，保温5分钟，然后迅速在室温水中进行淬火处理，等合金板完全冷却后取出，细致的打磨掉合金锭表面的氧化层，并将其洗净风干，得到强韧耐蚀钛合金。

实施例4

按合金成分Ti-40Zr-6Al-4V-0.1Ru(质量百分比)配料，工业级海绵钛50.763g、海绵锆39.785g、纯铝丝6g、高纯钒4g浸于无水乙醇中，超声波清洗后配入高纯Ru0.1g，然后风干，置入非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中，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(真空压强达到0.04～0.05MPa)后，每次熔炼时电弧温度大约为2800℃左右，每次熔炼时间约为1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。

然后对取出的合金铸锭加热到轧制温度并保温40min，轧制温度为860℃，轧制为多道次轧制变形，每道次的压下量约为3mm，每道次轧制后，放入马弗炉重新加热至860℃并保温10分钟，合金铸锭制成最终变形量达65％的合金板材，板材的厚度为5mm。在终道次轧制后，进行固溶处理：重新加热至860℃，保温5分钟，然后迅速在室温水中进行淬火处理，等合金板完全冷却后取出，细致的打磨掉合金锭表面的氧化层，并将其洗净风干，得到强韧耐蚀钛合金。

实施例5

按合金成分Ti-50Zr-6Al-4V-0.1Ru(质量百分比)配料，工业级海绵钛40.384g、海绵锆49.885g、纯铝丝6g、高纯钒4g浸于无水乙醇中，超声波清洗后配入高纯Ru0.1g，进行风干，置入非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中，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后，每次熔炼时电弧温度大约为3000℃左右，每次熔炼时间约为2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7次以保证最终获取的铸锭成分均匀。

然后对取出的合金铸锭加热到轧制温度并保温0.5h，轧制温度为850℃，轧制为多道次轧制变形，每道次的压下量约为3mm，每道次轧制后，放入马弗炉重新加热至850℃并保温10分钟，合金铸锭制成最终变形量达65％的合金板材，板材厚度为5mm。在终道次轧制后，进行固溶处理：重新加热至850℃，保温5分钟，然后迅速在室温水中进行淬火处理，等合金板完全冷却后取出，细致的打磨掉合金锭表面的氧化层，并将其洗净风干，得到强韧耐蚀钛合金。

对比例1

按照实施例1的方式制备合金组成为Ti-6Al-4V-0.01Ru钛合金。

利用线切割将对实施例1～5和对比例1的钛合金切出拉伸试样(国家标准：GBT228-2002)，如图6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1～5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Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Sn钛合金相比，实施例1～5得到的钛合金的力学性能测试结果为：屈服强度：883.13～1245.01MPa，抗拉强度：1056.40～1395.30MPa，延伸率：5.56％～12.21％；由于合金强度提升明显而塑性仅有小幅度下降，所以可以称作强韧性得到提升。

分别对实施例1～5得到的钛合金进行金相组织观察，结果分别如图1～5所示。

由图1～5可知，本发明不同实施例所制得的钛合金含有β相基体、交错的针状α相马氏体和层片状α'马氏体。强韧耐蚀钛合金组织中晶粒得到细化。

同时分别将实施例1～5制得的钛合金用线切割切出尺寸为10mm×10mm×2mm的盐雾试验试样，每块钛合金锭切出5个试样，确保实验的可重复性；以10mm×10mm面为被测试面，用酚醛塑料粉在金相试验镶嵌机(型号为上海金相机械设备有限公司的XQ-1)中对其它非测试面进行密封处理，取出后将被测试面用砂纸打磨至3000#后进行抛光，清洗并吹干表面，然后采用盐雾试验机(BY-120A、北京博宇翔达仪器有限公司)，以GB/T 10125-1997为试验依据在浓度为5％的氯化钠溶液环境下进行中性盐雾试验，按照表2中的测试标准依次对试样清洗、称量、放置、观察、维护、调整等，试验周期为1440个小时(两个月)，由此获得其腐蚀性能相关数据，测试结果如表3所示。

表2本发明不同钛合金耐蚀性测试标准

表3实施例1～5和对比例1得到的钛合金的耐腐蚀试验测试结果

由表3可知，本发明中，Zr含量的增加使其抗腐蚀性能更加优异，与相同处理工艺获得的对比合金(Ti-6Al-4V-0.01Ru)相比较，在氯化钠溶液中的抗腐蚀能力提升幅度高达18.62％。

由以上实施例可以看出，本发明通过合金化，在基体钛中添加了元素Zr、元素Al、元素V和元素Ru，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；元素Al极大的提高了α相的稳定性和β-α转变温度，合金在淬火后获得的均匀细小的α相，同时也可以使合金在一定程度上实现轻量化；微量元素Ru的添加也使合金耐蚀性的提高。

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，还可以用于400℃长期工作的零件，各种容器、泵等低温部件，船舶耐压壳体，坦克上的履带等。

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)

1.一种强韧耐蚀钛合金，按质量含量计，包括Al 6.2～6.6％、Ru0.08～0.14％、V3.5～4.5％、Zr(0,50％]和余量的Ti；所述强韧耐蚀钛合金的组织包括β相基体、交错的针状α相马氏体和层片状α'马氏体；

所述的强韧耐蚀钛合金的制备方法，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，得到强韧耐蚀钛合金。

2.根据权利要求1所述的强韧耐蚀钛合金，其特征在于，所述强韧耐蚀钛合金组织中晶粒的粒径为1.2～10.2μm。

3.权利要求1～2任意一项所述的强韧耐蚀钛合金的制备方法，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；

(3)将所述步骤(2)得到的致密化合金坯进行固溶处理，得到强韧耐蚀钛合金。

4.根据权利要求3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2000～3000℃。

5.根据权利要求3或4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1～2min。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中保温处理的温度为850～890℃，保温处理的时间为0.5～1.0h。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中变形为轧制变形；所述轧制变形的总变形量为65～70％，轧制变形的温度为850～890℃。

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，每道次的压下量为2～3mm；

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3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850～890℃，固溶处理的保温时间为3～7min，固溶处理的冷却方式为水淬。

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