CN115927911B - 一种高硬度钛合金及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钛合金技术领域，提供了一种高硬度钛合金及其制备方法和应用。本发明提供的高硬度钛合金包括以下质量分数的成分：Al7.1％～8.0％，V4.1％～5.0％，Cr2.1％～3.0％，Mo2.6％～4.0％，Zr＜1.0％，Fe0.8％～1.5％，(Al2O3+SiC)2％～5％，余量为Ti和不可避免的杂质。本发明通过添加较多的Al，Al2O3和SiC显著提高钛合金强度和硬度，添加V和Mo改善合金的塑性，添加V、Mo、Zr改善合金的热加工性能，最终得到具有高硬度以及良好的强度和塑性匹配的钛合金。本发明采用钛合金回收料、钛合金打磨灰为主要原料制备高硬度钛合金，成本低，经济效益好。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金技术领域，尤其涉及一种高硬度钛合金及其制备方法和应用。
背景技术
随着科技的进步，减重和轻量化已成为现代航空、航天、兵器、化工、汽车、医疗、机器人等领域应用材料发展的重要方向，而其中以轻质、高强为应用特点的钛合金已被世界多个国家列为重点发展的21世纪具有战略意义的新型结构金属材料。
高强度钛合金能够进一步增强钛合金的减重效果，因而现有研究大多关注钛合金材料抗拉强度的提高，同时关注满足可工业化应用的塑性。关于高硬度钛合金研究较少，钛合金的强度和硬度不存在正比例线性关系，如TB2(Ti-3Al-5Mo-5V-8Cr)、Ti-15333(Ti-3Al-3Sn-3Cr-15V)、Timetal LCB(Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Al)和β-CEZ(Ti-4Mo-2Cr-1Fe-5Al)，经固溶时效工艺处理后，虽然抗拉强度均能达到1400MPa，但硬度HRC值通常小于45。目前，已经商业化应用的钛合金的HRC值通常为30～45，这不能满足工业钛合金制作刀具和耐磨构件时对高硬度(HRC值大于45)的需求，因此极大限制了钛合金在高硬度、耐磨服役环境下的应用。
综合上述高硬度钛合金的研究现状，为满足钛合金在高硬度服役环境下的应用需求，亟需研制一种可工业化生产、硬度HRC值大于45，且具有良好的强度和塑性匹配的高硬度钛合金，以扩大钛合金在刀具减重等领域的应用，从而产生较大的经济价值。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高硬度钛合金及其制备方法和应用。本发明提供的高硬度钛合金的HRC值大于45，并且具有较高的抗拉强度和屈服强度，能够满足在高硬度、耐磨服役环境下的应用要求。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种高硬度钛合金，包括以下质量分数的成分：Al 7.1％～8.0％，V4.1％～5.0％，Cr 2.1％～3.0％，Mo 2.6％～4.0％，Zr＜1.0％，Fe 0.8％～1.5％，(Al2O3+SiC)2％～5％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述高硬度钛合金的HRC值大于45。
优选的，所述的高硬度钛合金包括如下重量百分含量的成分：Al7.1％，V 4.8％，Cr 3.0％，Mo 2.6％，Zr 0.8％，Fe 1.5％，(Al2O3+SiC)5.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。
优选的，所述的高硬度钛合金包括如下重量百分含量的成分：Al7.4％，V 4.5％，Cr 2.8％，Mo 3.3％，Zr 0.6％，Fe 1.1％，(Al2O3+SiC)4.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。
优选的，所述的高硬度钛合金包括如下重量百分含量的成分：Al8.0％，V 5.0％，Cr 2.5％，Mo 2.9％，Zr 0.9％，Fe 1.2％，(Al2O3+SiC)2.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。
优选的，所述的高硬度钛合金包括如下重量百分含量的成分：Al7.6％，V 4.3％，Cr 2.3％，Mo 3.7％，Zr 0.7％，Fe 1.0％，(Al2O3+SiC)3.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。
优选的，所述的高硬度钛合金包括如下重量百分含量的成分：Al7.8％，V 4.1％，Cr 2.1％，Mo 4.0％，Zr 0.78％，Fe 0.8％，(Al2O3+SiC)2.5％，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高硬度钛合金的制备方法，包括以下步骤：
将原料制备成电极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；所述原料包括回收料和新料；所述回收料包括钛合金回收料和钛合金打磨灰；所述钛合金回收料包括TA15、TC18和TB2钛合金回收料中的两种或三种；所述原料中钛合金回收料的质量分数为84％～90％；
将所述钛合金铸锭加工成型材后进行退火处理，得到高硬度钛合金。
优选的，所述加工成型材的方法包括锻造和/或轧制；所述锻造和轧制前的加热温度为高硬度钛合金的相变点温度以上。
优选的，所述退火处理的温度为700～900℃，保温时间为1～2h，保温结束后进行空冷。
本发明还提供了上述方案所述的高硬度钛合金或上述方案所述制备方法制备的高硬度钛合金在刀具、耐磨构件和装甲板中的应用。
本发明提供了一种高硬度钛合金，包括以下质量分数的成分：Al7.1％～8.0％，V4.1％～5.0％，Cr 2.1％～3.0％，Mo 2.6％～4.0％，Zr＜1.0％，Fe 0.8％～1.5％，(Al2O3+SiC)2％～5％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述高硬度钛合金的HRC值大于45。本发明在钛合金中添加Al、Cr、Fe元素以及Al2O3和SiC，可有效提高钛合金的强度和硬度；尤其是当Al含量超过7％时，合金中由于大量细小Ti3Al弥散相的析出，使得钛合金硬度急剧增加。Al2O3和SiC作为增强相，也有助于增加钛合金的硬度和耐磨性。V和Mo可以改善合金的塑性和热加工性能，Mo还可细化晶粒，同时抑制Cr与Ti发生共析反应。Zr的加入对合金起到补充强化的作用，同时可使合金具有良好的热加工性能。综上所述，本发明通过添加较多的Al、Al2O3和SiC显著提高钛合金强度和硬度，添加V和Mo改善合金的塑性，添加V、Mo、Zr改善合金的热加工性能，最终得到具有高硬度、且具有良好的强度和塑性匹配的钛合金。实施例结果表明，本发明提供的高硬度钛合金抗拉强度为1350MPa以上，屈服强度为1250MPa以上，延伸率6％以上，HRC值大于45。
本发明还提供了上述方案所述高硬度钛合金的制备方法，本发明采用钛合金回收料、钛合金打磨灰为主要原料制备高硬度钛合金，能够实现钛合金废料的回收利用，变废为宝，避免资源的浪费，同时还能降低高硬度钛合金的制备成本，提高经济效益。
具体实施方式
本发明提供了一种高硬度钛合金，包括以下质量分数的成分：Al7.1％～8.0％，V4.1％～5.0％，Cr 2.1％～3.0％，Mo 2.6％～4.0％，Zr＜1.0％，Fe 0.8％～1.5％，(Al2O3+SiC)2％～5％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述高硬度钛合金的HRC值大于45。
以质量分数计，本发明提供的高硬度钛合金包括Al 7.1％～8.0％，优选为7.3％～7.8％，更优选为7.4％～7.6％。
以质量分数计，本发明提供的高硬度钛合金包括V 4.1％～5.0％，优选为4.2％～4.8％，更优选为4.3％～4.7％。
以质量分数计，本发明提供的高硬度钛合金包括Cr 2.1％～3.0％，优选为2.2％～2.8％，更优选为2.3％～2.7％。
以质量分数计，本发明提供的高硬度钛合金包括Mo 2.6％～4.0％，优选为2.8％～3.6％，更优选为3.0％～3.5％。
以质量分数计，本发明提供的高硬度钛合金包括Zr＜1.0％，优选为大于0小于等于1.0％，进一步优选为0.1％～0.9％。
以质量分数计，本发明提供的高硬度钛合金包括Fe 0.8％～1.5％，优选为0.9％～1.4％，更优选为1.0％～1.3％。
以质量分数计，本发明提供的高硬度钛合金包括(Al2O3+SiC)2％～5％，优选为2.5％～4.5％，更优选为2.8％～4.2％，其中(Al2O3+SiC)表述Al2O3和SiC的总量；所述SiC的质量优选占SiC+Al2O3总质量的15％～20％。
在本发明的具体实施例中，所述高硬度钛合金优选包括如下重量百分含量的成分：Al 7.1％，V 4.8％，Cr 3.0％，Mo 2.6％，Zr 0.8％，Fe 1.5％，(Al2O3+SiC)5.0％，余量为Ti和不可避免的杂质；
或，包括如下重量百分含量的成分：Al 7.4％，V 4.5％，Cr 2.8％，Mo3.3％，Zr0.6％，Fe 1.1％，(Al2O3+SiC)4.0％，余量为Ti和不可避免的杂质；
或，包括如下重量百分含量的成分：Al 8.0％，V 5.0％，Cr 2.5％，Mo2.9％，Zr0.9％，Fe 1.2％，(Al2O3+SiC)2.0％，余量为Ti和不可避免的杂质；
或，包括如下重量百分含量的成分：Al 7.6％，V 4.3％，Cr 2.3％，Mo3.7％，Zr0.7％，Fe 1.0％，(Al2O3+SiC)3.0％，余量为Ti和不可避免的杂质；
或，包括如下重量百分含量的成分：Al 7.8％，V 4.1％，Cr 2.1％，Mo4.0％，Zr0.78％，Fe 0.8％，(Al2O3+SiC)2.5％，余量为Ti和不可避免的杂质。
在本发明中，所述高硬度钛合金抗拉强度为1350MPa以上，优选为1350～1410MPa，屈服强度为1250MPa以上，优选为1250～1350MPa，延伸率6％以上，优选为6％～8％，HRC值大于45，优选为50以上。
本发明还提供了上述方案所述高硬度钛合金的制备方法，包括以下步骤：
将原料制备成电极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；所述原料包括回收料和新料；所述回收料包括钛合金回收料和钛合金打磨灰；所述钛合金回收料包括TA15、TC18和TB2钛合金回收料中的两种或三种；所述原料中钛合金回收料的质量分数为84％～90％；
将所述钛合金铸锭加工成型材后进行退火处理，得到高硬度钛合金。
本发明将原料制备成电极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。在本发明中，所述原料包括回收料和新料；所述回收料包括钛合金回收料和钛合金打磨灰；所述钛合金回收料包括TA15、TC18和TB2钛合金回收料中的两种或三种；所述原料中原料中钛合金回收料的质量分数为84％～90％，优选为88.5％～89.5％；目前，本领域中在钛合金加入Al、V、Cr、Mo、Zr等合金元素时，通常采用新料，钛合金成本高，限制了钛合金的应用。TA15、TC18、TB2钛合金广泛应用于航空航天领域，其中含有较多的合金元素，但这类钛合金的残料目前还没有有效地被回收利用，造成资源的严重浪费，本发明利用TA15、TC18、TB2钛合金回收料作为主要原料制备高硬度钛合金，不仅能实现废料的有效回收利用，还能降低高硬度钛合金的成本。
在本发明中，所述钛合金打磨灰中的成分包括Ti、Al2O3以及SiC，其中Al2O3的质量分数为10％～13％，SiC的质量分数优选为65％～68％，余量为Ti；所述原料中钛合金打磨灰的质量分数优选为2.5％～4.5％。在本发明的具体实施例中，所述钛合金打磨灰优选粉碎后使用，粉碎后的钛合金打磨灰的粒径优选为200～400μm。
本发明所述新料的种类没有特殊要求，根据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、海绵锆、铝钒中间合金、钛铁中间合金、铝铬中间合金、铝钼中间合金、铁钼中间合金、铝豆和铬中的一种或多种；所述铝钼中间合金优选为AlMo60，所述铁钼中间合金优选为FeMo60；所述海绵钛的粒径优选为3～25.4mm，所述铝钒合金的粒径优选为1～6mm，所述铝铬合金的粒径优选为1～3mm，所述钛铁合金的粒径优选为3～6mm，所述铬的粒径优选为1～3mm，所述铝豆的粒径优选为8～13mm，所述铝钼合金的粒度优选小于等于0.5mm，所述铁钼合金的粒度优选为3～5mm。
在本发明中，所述电极的制备方法优选为：将新料和钛合金打磨灰混匀后制备成新料电极，将TA15、TC18和TB2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：熔炼电流为18～26kA，熔炼电压为28～40V，熔炼真空度为≤1×10-1Pa，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2～3次。
得到钛合金铸锭后，本发明将所述钛合金铸锭加工成型材后进行退火处理，得到高硬度钛合金。在本发明中，所述加工成型材的方法优选包括锻造和/或轧制；所述型材优选为棒材或板材；在本发明的具体实施例中，加工成棒材的方法优选为：将所述钛合金铸锭进行2～3火次锻造，得到钛合金棒材；加工成板材的方法优选为：将所述钛合金铸锭进行1～2火次锻造，得到钛合金板坯，将所述钛合金板坯进行轧制，得到钛合金板材；本发明对所述锻造和轧制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，所述锻造和轧制前的加热温度均为钛合金的相变点温度以上，钛合金的相变点以Tβ表示，所述锻造和轧制前的加热温度独立地的优选为(Tβ+30)℃～1100℃，更优选为(Tβ+50)℃～1080℃；在本发明的具体实施例中，优选在得到钛合金铸锭后，先对其相变点进行测试，然后再确定加工成型材前的加热温度。
在本发明中，所述退火处理的温度优选为700～900℃，更优选为750～850℃，所述退火处理的保温时间优选为1～2h，更优选为1.2～1.8h，保温结束后进行空冷。
本发明还提供了上述方案所述的高硬度钛合金或上述方案所述制备方法制备的高硬度钛合金在刀具、耐磨构件和装甲板中的应用；本发明对所述耐磨构件的种类没有特殊要求，本领域技术人员熟知的耐磨构件均可，具体如耐磨衬板。本发明对所述应用的具体方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的应用方法即可。
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)，TA15、TC18和TB2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TA15、TC18和TB2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。
1#～5#钛合金的制备原料见表2。
表1 1#～5#钛合金成分(质量分数)
表2 TA15、TC18和TB2钛合金回收料的元素含量(质量分数)
| Al | V | Cr | Mo | Zr | Fe | |
| TC18 | 5 | 5 | 1 | 5 | 0 | 1 |
| TA15 | 6.5 | 1 | 0 | 1 | 2 | 0 |
| TB2 | 3 | 5 | 8 | 5 | 0 | 0 |
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 | 返回料占比 | Al | V | Cr | Mo | Zr | Fe |
| 1# | TA15*0.40+TC18*0.24+TB2*0.20 | 84％ | 4.4 | 2.6 | 1.84 | 2.6 | 0.8 | 0.24 |
| 2# | TC18*0.6+TA15*0.30 | 90％ | 4.95 | 3.3 | 0.6 | 3.3 | 0.6 | 0.6 |
| 3# | TC18*0.5+TA15*0.40 | 90％ | 5.1 | 2.9 | 0.5 | 2.9 | 0.8 | 0.5 |
| 4# | TC18*0.7+TA15*0.20 | 90％ | 4.8 | 3.7 | 0.7 | 3.7 | 0.4 | 0.7 |
| 5# | TC18*0.78+TA15*0.10 | 88％ | 4.55 | 4 | 0.78 | 4 | 0.2 | 0.78 |
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：TA15的Al含量*0.4+TC18的Al含量*0.24+TB2的Al含量*0.2＝1#钛合金所用复配料中Al元素的含量。
以质量分数计，实施例中使用的钛合金打磨灰的成分为：Al2O3 11％～12％，SiC的质量分数优选为66％～67％，余量为Ti。
实施例1
本实施例所制备的钛合金的名义成分为：Ti-7.1Al-4.8V-0.8Zr-2.6Mo-3.0Cr-1.5Fe-5(Al2O3+SiC)，即按重量百分比计包括如下成分：Al 7.1％，V 4.8％，Zr 0.8％，Mo2.6％，Cr 3.0％，Fe 1.5％，(Al2O3+SiC)5％，其中Al2O3占(Al2O3+SiC)的15％；
所用原料为：TA15钛合金回收料40％，TC18钛合金回收料24％、TB2钛合金回收料20％，其余为1级海绵钛，粒径为3～25.4mm；铝钒合金，粒径为1～6mm；铝铬合金，粒径为1～3mm；钛铁合金，3～6mm；金属铬，粒径为1～3mm；粉碎后的钛合金打磨灰(Ti粉+Al2O3+SiC)；按照合金成分进行配料，先将海绵钛、铝钒合金、铝铬合金、钛铁合金、铝豆及粉碎后的钛合金打磨灰混合均匀后，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，经测试，相变点为915℃。
将所述钛合金铸锭依次经锻造、3火次轧制，得到12mm钛合金板材，锻造和三火次轧制的温度均为1100℃。对板材进行900℃/1h，AC热处理，所得钛合金板材的室温力学性能为：Rm＝1380MPa，Rp0.2＝1260MPa，A＝6％，HRC＝55。
实施例2
本实施例所制备的钛合金的名义成分为：Ti-7.4Al-4.5V-0.6Zr-3.3Mo-2.8Cr-1.1Fe-4(Al2O3+SiC)，即按重量百分比计包括如下成分：Al 7.4％，V 4.5％，Zr 0.6％，Mo3.3％，Cr 2.8％，Fe 1.1％，(Al2O3+SiC)4％，其中Al2O3占(Al2O3+SiC)的16％；
所用原料为：TC18钛合金回收料60％、TA15钛合金回收料30％，其余为1级海绵钛，粒径为3～25.4mm；铝钒合金，粒径为1～6mm；铝铬合金，粒径为1～3mm；钛铁合金，3～6mm；铝豆，粒径为8～13mm；粉碎后的钛合金打磨灰(Ti粉+Al2O3+SiC)；按照合金成分进行配料，先将海绵钛、铝钒合金、铝铬合金、钛铁合金、铝豆及粉碎后的钛合金打磨灰混合均匀后，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，经测试，相变点为930℃。
将所述钛合金铸锭依次经锻造、3火次轧制得到8mm钛合金板材，锻造和三火次轧制的温度均为1080℃。对板材进行8000℃/1h，AC热处理，所得钛合金板材的室温力学性能为：Rm＝1350MPa，Rp0.2＝1250MPa，A＝8％；HRC＝53。
实施例3
本实施例所制备的钛合金的名义成分为：Ti-8Al-5V-0.9Zr-2.9Mo-2.5Cr-1.2Fe-2(Al2O3+SiC)，即按重量百分比计包括如下成分：Al 8％，V 5％，Zr 0.9％，Mo 2.9％，Cr2.5％，Fe 1.2％，(Al2O3+SiC)2％，其中Al2O3占(Al2O3+SiC)的18％；
原料：所用原料为：TC18钛合金残料50％、TA15钛合金残料分别40％，其余为1级海绵钛，粒径为3～25.4mm；海绵锆，粒径为3～12.7mm；铝钒合金，粒径为1～6mm；铝铬合金，粒径为1～3mm；钛铁合金，3～6mm；铝豆，粒径为8～13mm；粉碎后的钛合金打磨灰(Ti粉+Al2O3+SiC)；按照合金成分进行配料，先将海绵钛、海绵锆、铝钒合金、铝铬合金、钛铁合金、铝豆及粉碎后的钛合金打磨灰混合均匀后，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，经测试，相变点为925℃。
将所述钛合金铸锭经3火次锻造得到Φ60mm钛合金棒材，锻造的温度为1080℃。对棒材进行850℃/1h，AC热处理，所得钛合金棒材的室温力学性能为：抗拉强度Rm＝1410MPa，Rp0.2＝1350MPa，A＝6.5％；HRC＝53。
实施例4
本实施例所制备的钛合金的名义成分为：Ti-7.6Al-4.3V-0.7Zr-3.7Mo-2.3Cr-1.0Fe-3.0(Al2O3+SiC)，即按重量百分比计包括如下成分：Al7.6％，V 4.3％，Zr 0.7％，Mo3.7％，Cr 2.3％，Fe 1.0％，(Al2O3+SiC)3％，其中Al2O3占(Al2O3+SiC)的19％；
所用原料为：TC18钛合金残料70％、TA15钛合金残料分别20％，其余为1级海绵钛，粒径为3～25.4mm；海绵锆，粒径为3～12.7mm；铝钒合金，粒径为1～6mm；铝铬合金，粒径为1～3mm；钛铁合金，3～6mm；铝豆，粒径为8～13mm；粉碎后的钛合金打磨灰(Ti粉+Al2O3+SiC)；按照合金成分进行配料，先将海绵钛、海绵锆、铝钒合金、铝铬合金、钛铁合金、铝豆及粉碎后的钛合金打磨灰混合均匀后，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，经测试，相变点为940℃。
将所述钛合金铸锭经3火次锻造得到Φ60mm钛合金棒材，锻造的温度为980℃。对棒材进行750℃/1h，AC热处理，所得钛合金棒材的室温力学性能为：Rm＝1365MPa，Rp0.2＝1270MPa，A＝7.5％；HRC＝54。
实施例5
本实施例所制备的钛合金的名义成分为：Ti-7.8Al-4.1V-0.78Zr-4Mo-2.1Cr-0.8Fe-2.5(Al2O3+SiC)，即按重量百分比计包括如下成分：Al7.8％，V 4.1％，Zr 0.78％，Mo4.0％，Cr 2.1％，Fe 0.8％，(Al2O3+SiC)2.5％，其中Al2O3占(Al2O3+SiC)的20％；
所用原料为：TC18钛合金残料78％、TA15钛合金残料分别10％，其余为1级海绵钛，粒径为3～25.4mm；铝钒合金，粒径为1～6mm；铝铬合金，粒径为1～3mm；钛铁合金，3～6mm；AlMo60合金，粒度为0～0.5mm；FeMo60，粒径为3～5mm；粉碎后的钛合金打磨灰(Ti粉+Al2O3+SiC)；按照合金成分进行配料，先将海绵钛、铝钒合金、铝铬合金、钛铁合金、AlMo60合金、FeMo60合金及粉碎后的钛合金打磨灰混合均匀后，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，经测试，相变点为995℃。
将所述钛合金铸锭经3火次锻造得到Φ60mm钛合金棒材，锻造的温度为1025℃。对棒材进行700℃/1h，AC热处理，所得钛合金棒材的室温力学性能为：Rm＝1390MPa，Rp0.2＝1270MPa，A＝7.0％；HRC＝52。
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 (8)
1.一种高硬度钛合金，其特征在于，包括以下质量分数的成分：Al7.1%~8.0%，V4.1%~5.0%，Cr2.1%~3.0%，Mo2.6%~4.0%，Zr＜1.0%，Fe0.8%~1.5%，(Al2O3+SiC)2%~5%，余量为Ti和不可避免的杂质；所述高硬度钛合金的HRC值大于45；所述高硬度钛合金的制备方法，包括以下步骤：将原料制备成电极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；所述原料包括回收料和新料；所述回收料包括钛合金回收料和钛合金打磨灰；所述钛合金回收料包括TA15、TC18和TB2钛合金回收料中的两种或三种；所述原料中钛合金回收料的质量分数为84%~90%；将所述钛合金铸锭加工成型材后进行退火处理，得到高硬度钛合金，所述退火处理的温度为700~900℃，保温时间为1~2h，保温结束后进行空冷；所述加工成型材的方法包括锻造和/或轧制；所述锻造和轧制前的加热温度为高硬度钛合金的相变点温度以上。
2.根据权利要求1所述的高硬度钛合金，其特征在于，包括如下重量百分含量的成分：Al7.1%，V4.8%，Cr3.0%，Mo2.6%，Zr0.8%，Fe1.5%，(Al2O3+SiC)5.0%，余量为Ti和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种高硬度钛合金，其特征在于，包括如下重量百分含量的成分：Al7.4%，V4.5%，Cr2.8%，Mo3.3%，Zr0.6%，Fe1.1%，(Al2O3+SiC)4.0%，余量为Ti和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种高硬度钛合金，其特征在于，包括如下重量百分含量的成分：Al8.0%，V5.0%，Cr2.5%，Mo2.9%，Zr0.9%，Fe1.2%，(Al2O3+SiC)2.0%，余量为Ti和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的一种高硬度钛合金，其特征在于，包括如下重量百分含量的成分：Al7.6%，V4.3%，Cr2.3%，Mo3.7%，Zr0.7%，Fe1.0%，(Al2O3+SiC)3.0%，余量为Ti和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的一种高硬度钛合金，其特征在于，包括如下重量百分含量的成分：Al7.8%，V4.1%，Cr2.1%，Mo4.0%，Zr0.78%，Fe0.8%，(Al2O3+SiC)2.5%，余量为Ti和不可避免的杂质。
7.权利要求1~6任意一项所述高硬度钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将原料制备成电极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；所述原料包括回收料和新料；所述回收料包括钛合金回收料和钛合金打磨灰；所述钛合金回收料包括TA15、TC18和TB2钛合金回收料中的两种或三种；所述原料中钛合金回收料的质量分数为84%~90%；
将所述钛合金铸锭加工成型材后进行退火处理，得到高硬度钛合金；所述退火处理的温度为700~900℃，保温时间为1~2h，保温结束后进行空冷；所述加工成型材的方法包括锻造和/或轧制；所述锻造和轧制前的加热温度为高硬度钛合金的相变点温度以上。
8.权利要求1~6任意一项所述的高硬度钛合金或权利要求7所述制备方法制备的高硬度钛合金在刀具、耐磨构件和装甲板中的应用。
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