CN115821112B - 一种适于冷加工的钛合金及其制备方法以及钛合金构件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钛合金技术领域，提供了一种适于冷加工的钛合金及其制备方法以及钛合金构件。本发明提供的钛合金包括以下成分：Al2.5％～3.5％、V3.5％～4.5％、Mo4.0％～5.0％、Cr0.5％～1.0％、Fe0.4％～1.0％、Nb0.5～1.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。本发明的钛合金通过不同的热处理制度，可以在很宽的范围内进行力学性能调控，从而可根据钛合金所处的不同阶段选择不同的热处理条件，如在冷加工过程中通过热处理使合金强度处于较低水平，得到成品后再通过热处理使钛合金构件得到较高的强度，本发明的钛合金可以通过冷加工制备各种钛合金构件，且所得构件室温力学性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金技术领域，尤其涉及一种适于冷加工的钛合金及其制备方法以及钛合金构件。
背景技术
钛合金具有强度高、密度高、耐蚀好等特点，是航空、航天、石油、化工、船舶等领域关键部位的理想材料。航空航天、装甲车辆以及海洋运输等领域对高强钛合金冷轧圆管、薄壁方矩管及钛合金薄壁构件有迫切的需要。但目前国标及美标中可适于冷轧的钛合金管材有TA9、TA10、TA16、TA18、TA21、TA22、TC1、TC2等，这些钛合金的冷加工性能优异，但是其抗拉强度只有400～850MPa。可用于制备无缝方矩管的钛合金、可旋压近净成型的薄壁构件用钛合金与可冷轧的钛合金相同，强度均未超过850MPa。
目前，现有的高强钛合金具有室温变形抗力大、加工硬化显著和冷变形易开裂的缺点，使得加工具有一定长度和壁厚、且具有优良力学性能的高强钛合金薄壁圆管、方矩管及薄壁异形件的难度非常大。如高强钛合金TC4，其强度可达980MPa，但目前该钛合金的管材不能通过冷轧进行生产，只可用热连轧的工艺制备，对于尺寸精度和内外表面质量无法保证。
因此，目前亟需开发一种适于冷加工、且具有较高强度的钛合金材料。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种适于冷加工的钛合金及其制备方法以及钛合金构件。本发明提供的钛合金便于冷加工成型，并且所得钛合金构件具有较高的强度。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种适于冷加工的钛合金，包括以下质量分数的成分：Al2.5％～3.5％、V 3.5％～4.5％、Mo 4.0％～5.0％、Cr 0.5％～1.0％、Fe0.4％～1.0％、Nb 0.5～1.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。
优选的，所述适于冷加工的钛合金包括以下质量分数的成分：Al 2.5％、V 3.8％、Mo 4.5％、Cr 1.0％、Fe 0.4％、Nb 0.65％，余量为Ti和不可避免的杂质。
优选的，所述适于冷加工的钛合金包括以下质量分数的成分：Al 2.8％、V3.5％、Mo 4.6％、Cr 0.8％，Fe 0.5％、Nb 0.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。
优选的，所述适于冷加工的钛合金包括以下质量分数的成分：Al 3.0％、V 4.0％、Mo 4.9％、Cr 0.7％，Fe 0.7％、Nb 0.7％，余量为Ti和不可避免的杂质。
优选的，所述适于冷加工的钛合金包括以下质量分数的成分：Al 3.2％、V 3.8％、Mo 5.0％、Cr 0.6％，Fe 0.8％、Nb 0.8％，余量为Ti和不可避免的杂质。
优选的，所述适于冷加工的钛合金包括以下质量分数的成分：Al 3.5％、V 4.5％、Mo 4.0％、Cr 0.5％，Fe 1.0％、Nb 1.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。
本发明还提供了上述方案所述的适于冷加工的钛合金的制备方法，包括以下步骤：
以海绵钛、铝钒合金、铝钼合金、钼粉、钛铁、金属铬和铌屑为原料制备成电极，然后进行真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭；
或，以TC18、TB8和TB6钛合金回收料为原料，添加部分新料制备成电极，然后依次进行真空电子束熔炼和真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭。
本发明还提供了一种钛合金构件的制备方法，包括以下步骤：
将钛合金制备成坯体，然后将所述坯体进行冷加工，得到成品；所述冷加工的次数≥1次，且每次冷加工之前进行一次半成品热处理；所述钛合金为上述方案所述的钛合金或上述方案所述制备方法制备的钛合金；
将所述成品依次进行固溶热处理和时效热处理，得到钛合金构件；
所述半成品热处理的制度为：在750～800℃下保温2～3h，炉冷至550℃，然后于冷却室中冷却至室温或空冷至室温；
所述固溶热处理的制度为：在730～820℃下保温2～3h，然后移至冷却室冷却至室温；所述时效热处理的制度为：在480～560℃下保温3～6h，之后移至冷却室冷却至室温。
优选的，所述钛合金构件为钛合金圆管、钛合金方矩管或钛合金异型件；所述冷加工的方法包括冷轧、冷辊压、冷旋压和冷冲压中的一种或多种。
本发明还提供了上述方案所述制备方法制备得到的钛合金构件。
本发明提供了一种适于冷加工的钛合金，包括以下质量分数的成分：Al 2.5％～3.5％、V 3.5％～4.5％、Mo 4.0％～5.0％、Cr 0.5％～1.0％、Fe0.4％～1.0％、Nb 0.5～1.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。在本发明中，Al为α相稳定元素，作用是提高钛合金强度，还可使钛合金具有较高的热稳定性和良好的焊接性，但为了合金能够具有很好的冷加工性能，本发明将Al含量控制在2.5％～3.5％；V、Mo、Nb、Cr和Fe为β相稳定元素，可增加钛合金强度。同时，Mo还可以细化晶粒，Cr属于对钛合金的强度和韧性综合作用较好的元素，对钛具有高的β稳定作用，且在钛合金中具有较高的扩散系数。因此，本发明提供的钛合金具有较高β相稳定元素含量，Mo当量为9.58～10.56，所以在热处理时，不同的热处理制度会导致β相发生β→α、β→α″和β→ω等相变，这些会形成不同的显微组织。因此，本发明的钛合金可以通过不同的热处理制度，在很宽的范围内调控材料的力学性能，从而可根据钛合金所处的不同阶段而选择不同的热处理制度，例如在冷加工过程中通过热处理使合金强度处于较低水平，使其适合进行冷加工，在得到成品后，再通过固溶和时效热处理使所得钛合金构件得到较高的强度。实施例结果表明，本发明提供的钛合金可以通过冷加工制备各种形状的钛合金构件，并且所得构件具有较高的室温力学性能。
具体实施方式
本发明提供了一种适于冷加工的钛合金，包括以下质量分数的成分：Al 2.5％～3.5％、V 3.5％～4.5％、Mo 4.0％～5.0％、Cr 0.5％～1.0％、Fe0.4％～1.0％、Nb 0.5～1.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。
以质量分数计，本发明提供的适于冷加工的钛合金包括Al2.5％～3.5％，优选为2.6％～3.3％。
以质量分数计，本发明提供的适于冷加工的钛合金包括V3.5％～4.5％，优选为3.8％～4.2％。
以质量分数计，本发明提供的适于冷加工的钛合金包括Mo4.0％～5.0％，优选为4.2％～4.8％。
以质量分数计，本发明提供的适于冷加工的钛合金包括Cr0.5％～1.0％，优选为0.6％～0.8％。
以质量分数计，本发明提供的适于冷加工的钛合金包括Fe0.4％～1.0％，优选为0.5％～0.8％。
以质量分数计，本发明提供的适于冷加工的钛合金包括Nb 0.5～1.0％，优选为0.6～0.8％。
在本发明的具体实施例中，所述适于冷加工的钛合金，优选包括以下质量分数的成分：Al 2.5％、V 3.8％、Mo 4.5％、Cr 1.0％、Fe 0.4％、Nb0.65％，余量为Ti和不可避免的杂质；
或，包括以下质量分数的成分：Al 2.8％、V 3.5％、Mo 4.6％、Cr 0.8％，Fe0.5％、Nb 0.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。
或，包括以下质量分数的成分：Al 3.0％、V 4.0％、Mo 4.9％、Cr 0.7％，Fe0.7％、Nb 0.7％，余量为Ti和不可避免的杂质。
或，包括以下质量分数的成分：Al 3.2％、V 3.8％、Mo 5.0％、Cr 0.6％，Fe0.8％、Nb 0.8％，余量为Ti和不可避免的杂质。
或，包括以下质量分数的成分：Al 3.5％、V 4.5％、Mo 4.0％、Cr 0.5％，Fe1.0％、Nb 1.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。
在本发明中，所述钛合金的Mo当量为9.58～10.56，Mo当量计算公式如下：
[Mo]eq＝％Mo+％Nb/3.3+％Ta/4+％W/2+％V/1.4+％Cr/0.6+％Mn/0.6+％Fe/0.5+％Co/0.9+％Ni/0.8
本发明还提供了上述方案所述的适于冷加工的钛合金的制备方法，根据采用的原料不同，本发明提供了两种制备方法，分别记为方法一和方法二，下面分别进行说明：
所述方法一包括以下步骤：
以海绵钛、铝钒合金、铝钼合金、钼粉、钛铁、金属铬和铌屑为原料制备成电极，然后进行真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭。
本发明对所述海绵钛、铝钒合金、铝钼合金、钼粉、钛铁、金属铬和铌屑没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的上述原料即可；本发明对所述电极的制备方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方法即可。
在本发明中，所述真空自耗电弧熔炼采用的坩埚规格优选为Φ560mm～Φ820mm，在上述坩埚规格下，所述真空自耗电弧熔炼的操作条件优选包括：熔炼电压为32～40V，熔炼电流为20～28kA，熔炼真空度≤1.0×10-1Pa，稳弧电流为20～25A，稳弧搅拌换向频率为20～25s/次；所述真空自耗电弧熔炼的次数优选为1～2次。
在本发明中，所述方法二包括以下步骤：
以TC18、TB8和TB6钛合金回收料为原料，添加部分新料制备成电极，然后依次进行真空电子束熔炼和真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭。
本发明对所述TC18、TB8和TB6钛合金回收料没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的上述三种钛合金的回收料即可；在本发明中，所述TC18、TB8和TB6钛合金回收料的总质量优选为制备钛合金铸锭所需原料的总质量的50％～74％，优选为55％～70％；在本发明的具体实施例中，以制备钛合金所需原料的总量为100％计，TC18钛合金回收料的质量分数优选为20％～30％，TB8钛合金回收料的质量分数优选为18％～26％，优选为20％～25％，TB6钛合金回收料的质量分数优选为10％～28％，更优选为20％～25％。本发明对新料的种类没有特殊要求，根据TC18、TB8和TB6钛合金回收料的配比以及目标钛合金的成分进行确定即可，在本发明的具体实施例中，所述新料优选为海绵钛、铝钼中间合金、钛铁中间合金、铝钒中间合金、铝铬中间合金、铝铌中间合金、铝豆、钼粉、铬和铌屑中的一种或多种；所述铝钼中间合金优选为AlMo60，所述钛铁中间合金优选为Ti-32Fe，所述铝钒中间合金优选为AlV75，所述铝铬中间合金优选为AlCr70，所述铝铌中间合金优选为AlNb60。
在本发明中，所述电极的制备方法优选为：将新料混匀后制备成新料电极，将TC18、TB8和TB6钛合金回收料混匀制备成回收料电极，然后将新料电极和回收料电极进行组焊，得到所述电极。
在本发明中，所述真空电子束熔炼采用的坩埚规格优选为Φ400mm～Φ720mm；在上述坩埚规格下，所述真空电子束熔炼的操作条件优选包括：熔炼速度为300～1500kg/h，熔炼真空度为5×10-1Pa～5×10-2Pa；所述真空电子束熔炼的次数优选为1次。
在本发明中，所述真空自耗电弧熔炼采用的坩埚规格优选为Φ560mm～Φ820mm，在上述坩埚规格下，所述真空自耗电弧熔炼的操作条件优选包括：熔炼电压为32～40V，熔炼电流为20～28kA，熔炼真空度≤1.0×10-1Pa，稳弧电流为20～25A，稳弧搅拌换向频率为20～25s/次；所述真空自耗电弧熔炼的次数优选为1～2次。
本发明还提供了一种钛合金构件的制备方法，包括以下步骤：
将钛合金制备成坯体，然后将所述坯体进行冷加工，得到成品；所述冷加工的次数≥1次，且每次冷加工之前进行一次半成品热处理；所述钛合金为上述方案所述的钛合金或上述方案所述制备方法制备的钛合金；
将所述成品依次进行固溶热处理和时效热处理，得到钛合金构件。
本发明先将钛合金制备成坯体。在本发明中，制备坯体时具体是以上述方案所述钛合金铸锭为原料进行制备，并且根据目标钛合金构件的形态不同，坯体的制备方法也不同；在本发明中，所述钛合金构件优选包括钛合金圆管、钛合金方矩管和钛合金异型构件。在本发明中，当目标钛合金构件为钛合金圆管或钛合金方矩管时，所述制备坯体的方法优选为：将钛合金铸锭进行精锻或轧棒，然后进行挤压或斜轧穿孔，得到管坯。当目标钛合金构件为钛合金异型构件时，所述制备坯体的方法优选为：将钛合金铸锭依次进行锻造、斜轧穿孔+热轧，得到坯体；所述斜轧穿孔+热轧前的加热温度优选为(Tβ-60)～1100℃。本发明对锻造、挤压和斜轧穿孔+热轧的具体操作方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方法即可。
得到坯体后，本发明将所述坯体进行冷加工，得到成品；所述冷加工的次数≥1次，且每次冷加工之前进行一次半成品热处理。在本发明中，所述冷加工的方法优选包括冷轧、冷辊压、冷旋压和冷冲压中的一种或多种；在本发明的具体实施例中，当目标钛合金构件为钛合金圆管时，所述冷加工的方法优选为冷轧，所述冷轧的道次优选为1～3道次，每道次冷轧的变形量优选为40～65％，更优选为44～55％；当目标钛合金构件为钛合金方矩管时，最后一次冷加工的方法优选为冷辊压，其余冷加工步骤优选为冷轧，具体为先通过冷轧得到合适壁厚的圆管，然后在通过冷辊压得到成品方矩管，所述冷辊压的次数为一次；当目标钛合金构件为钛合金异型构件时，所述冷加工的方法优选为冷旋压或冷冲压，所述冷旋压或冷冲压的次数优选为1～2次；本发明对所述冷旋压或冷冲压的具体操作方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的操作方法即可。
在本发明中，所述半成品热处理的制度优选为：在750～800℃(优选为750～780℃)下保温2～3h(优选为2.5～3h)，炉冷至550℃，然后于冷却室中冷却至室温或空冷至室温；在本发明中，所述半成品热处理优选在真空炉或大气炉中进行，当在真空炉中进行时，最终的冷却步骤优选在冷却室中进行，在冷却室中进行冷却的速率优选为3～4℃/min，当在大气炉中进行时，最终的冷却步骤优选为空冷。本发明在每次冷加工之前进行一次半成品热处理，在本发明的半成品热处理制度下，钛合金的强度可调控至较低的强度水平，适合进行冷加工；每次半成品热处理的温度和保温时间可以相同，也可以不同，只要控制在上述范围内即可，本发明不做具体要求；在本发明的具体实施例中，半成品热处理后所得钛合金的显微组织为α+β转相，此时钛合金半成品的力学性能参数如下：抗拉强度(Rm)：730～780MPa，屈服强度(Rp0.2)：650～700MPa，延伸率(A)：20～25％，冲击韧性(akv)≥100J/cm2。
在本发明的具体实施例中，在对坯体进行第一次半成品热处理后，优选先进行表面处理，然后再进行后续的冷加工，所述表面处理优选为扒皮、镗孔。
得到成品后，本发明将所述成品依次进行固溶热处理和时效热处理，得到钛合金构件。在本发明中，所述固溶热处理的制度优选为：在730～820℃(优选为750～800℃)下保温2～3h(优选为2.3～2.8h)，然后移至冷却室冷却至室温；所述时效热处理的制度优选为：在480～560℃(优选为500～550℃)下保温3～6h(优选为4～5h)，之后移至冷却室冷却至室温。在本发明中，所述固溶热处理和时效热处理中，冷却室内的冷却速率均优选为3～4℃/min。本发明通过对成品进行固溶和时效热处理，提高所得钛合金构件的强度，其中，固溶后得到钛合金的显微组织为α+β转+α"，且初生α含量较少(约占25～30％)，在随后的时效过程中β转和α"马氏体分解为次生的α弥散相使合金强化。在本发明的具体实施例中，固溶和时效热处理后所得钛合金构件的力学性能参数如下：抗拉强度(Rm)≥900MPa，屈服强度(Rp0.2)≥800MPa，延伸率(A)≥15％，冲击韧性(akv)≥55J/cm2。
本发明还提供了上述方案所述制备方法制备得到的钛合金构件。本发明提供的钛合金构件包括钛合金圆管、钛合金方矩管或钛合金异型构件，所述钛合金构件的力学性能参数不再赘述；本发明提供的钛合金构件通过冷加工制备得到，且具有优异的强度、塑性和韧性，可用于航空航天、装甲车辆以及海洋运输等领域等领域，具有广阔的应用前景。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例1～5中制备的钛合金依次记为1#～5#，1#～5#钛合金的成分见表1(余量为Ti，Ti的含量未在表1中显示)，TC18、TB6和TB8钛合金回收料的元素含量见表2(余量为Ti，Ti的含量未在表2中显示)，1#～5#钛合金制备原料中TC18、TB6和TB8钛合金回收料的配比见表3，并计算所得复配料中各个元素的含量，结果见表3。
表1 1#～5#钛合金成分(质量分数)
表2TC18、TB6和TB8钛合金回收料的元素含量
| 序号 | Al | V | Mo | Cr | Fe | Nb | Si |
| TC18 | 5 | 5 | 5 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| TB6 | 3 | 10 | 0 | 0 | 2 | 0 | 0 |
| TB8 | 3 | 0 | 15 | 0 | 0 | 2.7 | 0.2 |
表3制备1#～5#钛合金用回收料的配比以及复配料中的元素含量(质量分数)
| 序号 | 配料 | 回收料占比 | Al | V | Mo | Cr | Fe | Nb |
| 1# | TC18*0.2+TB6*0.1+TB8*0.20 | 50％ | 1.9 | 2 | 4 | 0.2 | 0.4 | 0.54 |
| 2# | TC18*0.3+TB6*0.2+TB8*0.18 | 68％ | 2.64 | 3.5 | 4.2 | 0.3 | 0.7 | 0.486 |
| 3# | TC18*0.2+TB6*0.25+TB8*0.26 | 71％ | 2.53 | 3.5 | 4.9 | 0.2 | 0.7 | 0.702 |
| 4# | TC18*0.2+TB6*0.28+TB8*0.26 | 74％ | 2.62 | 3.8 | 4.9 | 0.2 | 0.76 | 0.702 |
| 5# | TC18*0.2+TB6*0.3+TB8*0.2 | 70％ | 2.5 | 4 | 4 | 0.2 | 0.8 | 0.54 |
注：以1#钛合金所用回收料中Al元素为例，表3中复配料的元素含量的计算方法为：TC18的Al含量*0.2+TB6的Al含量*0.1+TB8的Al含量*0.2＝1#钛合金所用复配料中Al元素的含量。
实施例1
本实施例所制备的钛合金名义成分为Ti-2.5Al-4.5Mo-3.8V-1.0Cr-0.4Fe-0.65Nb，即按重量百分比计为Al 2.5％、Mo 4.5％、V 3.8％、Cr 1.0％、Fe 0.4％、Nb0.65％，余量为Ti和不可避免的杂质。
所用原料为：TC18钛合金残料20％，TB6钛合金残料10％，TB8钛合金残料20％，其余为AlV75、金属铬、铌屑、钼粉、海绵钛。按照合金成分进行配料，先将海绵钛及中间合金混合均匀后，压制成新料电极。然后将回收料制备的电极与新料制备的电极进行组焊，经真空电子束熔炼及2次真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭。
将所述钛合金铸锭经精锻后得到Φ85mm钛合金棒坯，棒坯斜轧穿孔后得到Φ90×17mm的钛合金管坯，对管坯进行热处理，热处理制度为：800℃/2h，AC炉冷至550℃，出炉空冷，大气炉。对管坯进行扒皮、镗孔，得到Φ89×16mm表面处理后的管坯，对管坯进行三道次冷轧制，第一道次、第二道次及成品轧制道次的变形量分别为62％，53％和44％，第一道次和第二道次轧制后，半成品管材在真空热处理炉中进行热处理，热处理制度为750℃/3h，保温结束后炉冷至550℃，然后移至冷却室快冷至室温出炉。热处理后半成品管材的室温力学性能为：抗拉强度Rm＝750MPa，Rp0.2＝650MPa，A＝22％；冲击韧性aku＝128J/cm2。
最后一道次轧制完成后，得到Φ48×4mm的管材。管材在真空热处理炉中进行750℃/3h热处理，保温结束后移至冷却室快冷至室温；然后再在真空热处理炉中进行550℃/3h热处理，保温结束后移至冷却室快冷至室温，得到钛合金圆管。
热处理后钛合金圆管的室温力学性能为：抗拉强度Rm＝910MPa，Rp0.2＝820MPa，A＝17.5％；冲击韧性aku＝97.3J/cm2。
实施例2
本实施例所制备的钛合金名义成分为Ti-2.8Al-4.6Mo-3.5V-0.8Cr-0.5Fe-0.5Nb，即按重量百分比计为Al 2.8％、Mo 4.6％、V 3.5％、Cr 0.8％，Fe 0.5％、Nb 0.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。
所用原料为：TC18钛合金残料30％，TB6钛合金残料20％，TB8钛合金残料18％，其余为AlMo60、钼粉、金属铬、铌屑、Ti-32Fe、海绵钛。按照合金成分进行配料，先将海绵钛及中间合金混合均匀后，压制成新料电极。然后将回收料制备的电极与新料制备的电极进行组焊，经真空电子束熔炼及2次真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭。
将所述钛合金铸锭经轧制后得到Φ105mm钛合金棒坯，棒坯斜轧穿孔后得到Φ108×20mm的钛合金管坯，对管坯进行热处理，热处理制度为：800℃/2h，AC炉冷至550℃，出炉空冷。对管坯进行扒皮、镗孔，得到Φ107×19mm表面处理后的管坯，对管坯进行三道次轧制，第一道次、第二道次及成品轧制道次的变形量分别为45％，42％和28％，第一道次和第二道次轧制后，半成品管材在真空热处理炉中进行热处理，热处理制度为780℃/3h，保温结束后炉冷至550℃，然后移至冷却室快冷至室温出炉。热处理后半成品管材的室温力学性能为：抗拉强度Rm＝760MPa，Rp0.2＝670MPa，A＝20％；冲击韧性aku＝140J/cm2。
最后一道次轧制完成后，得到Φ70×6mm的管材。管材在真空热处理炉中进行800℃/2h热处理，保温结束后移至冷却室快冷至室温；然后再在真空热处理炉中进行450℃/6h热处理，保温结束后移至冷却室快冷至室温，得到钛合金圆管。
热处理后所得钛合金圆管的室温力学性能为：抗拉强度Rm＝910MPa，Rp0.2＝820MPa，A＝17.5％；冲击韧性aku＝71.7J/cm2。
实施例3
本实施例所制备的钛合金名义成分为Ti-3.0Al-4.9Mo-4.0V-0.7Cr-0.7Fe-0.7Nb，即按重量百分比计为Al 3.0％、Mo 4.9％、V 4.0％、Cr 0.7％、Fe0.7％、Nb 0.7％，余量为钛和不可避免的杂质。
所用原料为：TC18钛合金残料20％，TB6钛合金残料25％，TB8钛合金残料26％，其余为AlV75、AlCr70、铝豆、海绵钛。按照合金成分进行配料，先将海绵钛及中间合金混合均匀后，压制成新料电极。然后将回收料制备的电极与新料制备的电极进行组焊，经真空电子束熔炼及2次真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭。
将所述钛合金铸锭经轧制后得到Φ105mm钛合金棒坯，棒坯斜轧穿孔后得到Φ108×10mm的钛合金管坯，对管坯进行热处理，热处理制度为：780℃/2h，AC炉冷至550℃，出炉空冷。对管坯进行扒皮、镗孔，得到Φ107×9mm表面处理后的管坯，对管坯进行多道次轧制，三道次轧制，第一道次、第二道次及成品轧制道次的变形量分别为44％，43％和26％，每道次轧制后，管材在真空热处理炉中进行热处理，得到Φ73×3mm圆管。热处理制度为：800℃/3h，保温结束后炉冷至550℃出炉，然后移至冷却室快冷至室温出炉。热处理后半成品管材的室温力学性能为：抗拉强度Rm＝740MPa，Rp0.2＝660MPa，A＝25％；冲击韧性aku＝132J/cm2。圆管热处理后，冷辊压成型为□60×3mm方管。
方管在真空热处理炉中进行730℃/3h热处理，保温结束后移至冷却室快冷至室温；然后再在真空热处理炉中进行500℃/4h热处理，保温结束后移至冷却室快冷至室温，得到钛合金方管。
热处理后所得钛合金方管的室温力学性能为：抗拉强度Rm＝900MPa，Rp0.2＝800MPa，A＝15％；冲击韧性aku＝55J/cm2。
实施例4
本实施例所制备的钛合金名义成分为Ti-3.2Al-5.0Mo-3.8V-0.6Cr-0.8Fe-0.8Nb，即按重量百分比计为Al 3.2％、Mo 5.0％、V 3.8％、Cr 0.6％、Fe0.8％、Nb 0.8％，余量为钛和不可避免的杂质。
所用原料为：TC18钛合金残料20％，TB6钛合金残料28％，TB8钛合金残料26％，其余为AlMo60、AlCr70、AlNb60、Ti-32Fe、铝豆、海绵钛。按照合金成分进行配料，先将海绵钛及中间合金混合均匀后，压制成新料电极。然后将回收料制备的电极与新料制备的电极进行组焊，经真空电子束熔炼及2次真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭。
将所述钛合金铸锭经精锻后得到Φ195mm钛合金棒坯，棒坯斜轧穿孔+热轧后得到Φ200×15mm的钛合金圆筒，对圆筒进行热处理，热处理制度为：800℃/2h，AC炉冷至550℃，出炉空冷，大气炉。对圆筒进行扒皮、镗孔，得到Φ199×14mm表面处理后的圆筒；表面处理后圆筒的室温力学性能为：抗拉强度Rm＝760MPa，Rp0.2＝670MPa，A＝18％；冲击韧性aku＝120J/cm2。将表面处理后圆筒冷旋压为Φ210×10mm，两端带收口的钛合金气瓶。
气瓶在真空热处理炉中进行820℃/2h热处理，保温结束后移至冷却室快冷至室温；然后再在真空热处理炉中进行560℃/3h热处理，保温结束后移至冷却室快冷至室温。
热处理后钛合金气瓶的室温力学性能为：抗拉强度Rm＝980MPa，Rp0.2＝850MPa，A＝17％；冲击韧性aku＝58J/cm2。
实施例5
本实施例所制备的钛合金名义成分为Ti-3.5Al-4.0Mo-4.5V-0.5Cr-1.0Fe-1.0Nb，即按重量百分比计为Al 3.5％、Mo 4.0％、V 4.5％、Cr 0.5％，Fe 1.0％、Nb 1.0％，余量为钛和不可避免的杂质。
所用原料为：TC18钛合金残料20％，TB6钛合金残料30％，TB8钛合金残料20％，其余为AlV55、AlCr70、AlNb60、Ti-32Fe、铝豆、海绵钛。按照合金成分进行配料，先将海绵钛及中间合金混合均匀后，压制成新料电极。然后将回收料制备的电极与新料制备的电极进行组焊，经真空电子束熔炼及2次真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭。
将所述钛合金铸锭经精锻后得到Φ400mm钛合金棒坯，棒坯斜轧穿孔+热轧后得到Φ460×20mm的钛合金圆筒，对管坯进行780℃/3h，AC炉冷至室温热处理。对圆管进行扒皮、镗孔，得到Φ458×18mm表面处理后的圆筒；表面处理后圆筒的室温力学性能为：抗拉强度Rm＝780MPa，Rp0.2＝690MPa，A＝18％；冲击韧性aku＝120J/cm2；将表面处理后的圆筒冷旋压为Φ420×15mm，两端带收口的钛合金气瓶。
气瓶在真空热处理炉中进行820℃/2h热处理，保温结束后移至冷却室快冷至室温；然后再在真空热处理炉中进行520℃/5h热处理，保温结束后移至冷却室快冷至室温。
热处理后钛合金气瓶的室温力学性能为：抗拉强度Rm＝950MPa，Rp0.2＝830MPa，A＝16％；冲击韧性aku＝63J/cm2。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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)
1.一种钛合金构件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将钛合金制备成坯体，然后将所述坯体进行冷加工，得到成品；所述冷加工的次数≥1次，且每次冷加工之前进行一次半成品热处理；所述钛合金包括以下质量分数的成分：Al2.5％～3.5％、V 3.5％～4.5％、Mo 4.0％～5.0％、Cr0.5％～1.0％、Fe 0.4％～1.0％、Nb0.5～1.0％，余量为Ti和不可避免的杂质；
将所述成品依次进行固溶热处理和时效热处理，得到钛合金构件；
所述半成品热处理的制度为：在750～800℃下保温2～3h，炉冷至550℃，然后于冷却室中冷却至室温或空冷至室温；
所述固溶热处理的制度为：在730～820℃下保温2～3h，然后移至冷却室冷却至室温；所述时效热处理的制度为：在480～560℃下保温3～6h，之后移至冷却室冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛合金包括以下质量分数的成分：Al 2.5％、V 3.8％、Mo 4.5％、Cr 1.0％、Fe 0.4％、Nb 0.65％，余量为Ti和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛合金包括以下质量分数的成分：Al 2.8％、V3.5％、Mo 4.6％、Cr 0.8％，Fe 0.5％、Nb 0.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛合金包括以下质量分数的成分：Al 3.0％、V4.0％、Mo4.9％、Cr 0.7％，Fe 0.7％、Nb 0.7％，余量为Ti和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛合金包括以下质量分数的成分：Al 3.2％、V 3.8％、Mo 5.0％、Cr 0.6％，Fe 0.8％、Nb 0.8％，余量为Ti和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛合金包括以下质量分数的成分：Al 3.5％、V 4.5％、Mo 4.0％、Cr 0.5％，Fe 1.0％、Nb 1.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述钛合金的制备方法包括以下步骤：
以海绵钛、铝钒合金、铝钼合金、钼粉、钛铁、金属铬和铌屑为原料制备成电极，然后进行真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭；
或，以TC18、TB8和TB6钛合金回收料为原料，添加部分新料制备成电极，然后依次进行真空电子束熔炼和真空自耗电弧熔炼，得到钛合金铸锭。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛合金构件为钛合金圆管、钛合金方矩管或钛合金异型件；所述冷加工的方法包括冷轧、冷辊压、冷旋压和冷冲压中的一种或多种。
9.权利要求1～8任意一项所述制备方法制备得到的钛合金构件。
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