【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钛合金材料，具体涉及一种结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金及其制备方法。
技术介绍
1、钛合金具有比强度高、耐蚀性好等优点，其在航空结构件上的应用可以实现显著的结构减重，有利于提升飞机的机动性和燃油效率。近年来，具有相变诱导塑性（trip，transformation-induced plasticity）效应和/或孪晶诱导塑性（twip，twinning-inducedplasticity）效应的亚稳β钛合金得到了广泛关注。大量研究表明，通过调控β基体的稳定性，将trip和/或twip效应引入亚稳β钛合金，可以大幅提升该类合金的加工硬化能力和塑性。然而值得注意的是，绝大部分亚稳β钛合金中的trip效应是由应力诱发β→α''马氏体相变所激发的。由于β→α''马氏体相变的临界分切应力较低，使得这类合金在很低的强度水平（普遍低于400mpa）就开始发生非线性变形，严重限制了该类合金的工程应用。
2、显然，如果能将临界分切应力更高且同样可以激发trip效应的应力诱发β→ω相变引入亚稳β钛合金，同时添加固溶强化效应显著的间隙氧元素以进一步提高其临界分切应力，则能克服现有trip钛合金非线性变形临界应力偏低的缺点，从而有望在保留trip钛合金优异的塑性和加工硬化能力的基础上获得更高的强度。
技术实现思路
1、考虑到绝大部分trip钛合金在很低的强度水平（普遍低于400mpa）就开始发生非线性变形，严重限制了该类合金的工程应用，因此研发一种利用间
2、在对亚稳β钛合金进行成分设计时，包括但不限于，将主合金元素v与其余合金元素的含量控制在特定区间内，可以使β基体部分{112}面上的原子在变形过程中很容易发生沿<111>方向的错动，从而使合金发生应力诱发β→ω相变。应力诱发ω相的形成会抑制临界分切应力较低的应力诱发β→α''马氏体相变，同时可以有效地阻挡位错滑移，激发trip效应，因此可以显著提升相应合金的强度和加工硬化能力。另外，在亚稳β钛合金中添加适量氧元素在提高合金强度水平的同时，不会完全抑制合金的trip/twip效应，因此也不会大幅降低合金的塑性和加工硬化能力。
3、基于以上考虑，本专利技术针对现有trip钛合金非线性变形临界应力偏低的问题，提供一种结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金及其制备方法。
4、具体的，本专利技术第一方面提供了一种结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金，所述钛合金的元素组成及质量百分比为：18%~20%v，0.15%~0.4%o，余量为ti和微量的杂质元素。
5、作为本专利技术的进一步说明，所述钛合金中v元素质量百分比值的0.67倍与置换型杂质fe元素的质量百分比值的2.9倍之和在10~13范围内，以保证该钛合金在β相区温度范围内固溶淬火后能获得100%的稳定性较低的β相。
6、作为本专利技术的进一步说明，所述钛合金中间隙型杂质元素h、n、c的质量百分比分别低于0.01%、0.055%、0.05%，以保证该钛合金在发生应力诱发β→ω相变时所涉及的部分{112}面上的原子沿<111>方向的错动不被间隙杂质原子完全阻碍住。
7、作为本专利技术的进一步说明，所述钛合金由100%的β相组成，并且在塑性变形阶段产生应力诱发ω相与{332}<113>变形孪晶。
8、本专利技术第二方面提供一种上述的结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金的制备方法，包括如下步骤：
9、s1、以纯ti、纯v和纯tio2为原料，通过真空电弧熔炼获得成品铸锭；
10、s2、将成品铸锭进行真空均匀化退火处理；
11、s3、将s2中处理后的铸锭进行热轧，热轧完成后水冷淬火至室温，再将热轧后的板材进行多道次冷轧；
12、s4、将获得的冷轧板进行真空固溶热处理，固溶完成后水冷淬火至室温，完成合金的制备。
13、作为本专利技术的进一步说明，在s1中，以纯度不低于99.95%的高纯ti、高纯v和高纯tio2作为原料，根据各个元素的质量百分比进行配料；真空电弧熔炼是在真空电弧熔炼炉中进行，在熔炼过程中炉内始终保持真空状态；真空电弧熔炼共重复进行3~5次，每一次熔炼完成后，翻转合金铸锭进行下一次熔炼。
14、作为本专利技术的进一步说明，在s2中，将获得的成品铸锭置于真空度高于3.5×10-4pa的环境中，经1050℃保温12h以上，然后随炉冷却至室温。
15、作为本专利技术的进一步说明，在s3中，先将s2中处理后的铸锭置于真空度高于3.5×10-4pa的环境中，随炉升温，并在900℃下保温30min以上热透，再采用双辊板带轧机进行一道次轧制，变形量为40%~60%，热轧完成后水冷淬火至室温；然后在室温下使用双辊板带轧机对热轧板材进行多道次轧制，每道次的轧辊下压量不超过0.3mm，总变形量为60%~70%。
16、作为本专利技术的进一步说明，在s4中，将s3中处理得到的冷轧板材在真空度高于1×10-3pa的环境中经830℃~900℃保温30min，然后水冷淬火至室温。
17、作为本专利技术的进一步说明，在s4中，固溶热处理保温的温度以获得平均晶粒尺寸在50μm~150μm范围内的以等轴β晶粒为主要特征的组织为准。
18、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
19、本专利技术中制备的结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金，通过β稳定元素v和间隙氧元素含量的合理调控，将临界分切应力更高的应力诱发ω相变引入至亚稳β钛合金中，使合金在呈现trip效应的同时得到了强度上的提升。该合金在屈服强度超过500mpa、抗拉强度超过784mpa的同时，断裂延伸率仍可达到35%以上，并且其屈强比不超过0.654，塑性变形阶段的最大加工硬化率超过1700mpa，展现了良好的强度塑性匹配和优异的加工硬化能力，可潜在应用于新型航空发动机齿轮箱、起落架及液压系统部件。
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1.一种结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金，其特征在于，所述钛合金的元素组成及质量百分比为：18%~20%V，0.15%~0.4%O，余量为Ti和微量的杂质元素。
2.如权利要求1所述的结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金，其特征在于，所述钛合金中V元素质量百分比值的0.67倍与置换型杂质Fe元素的质量百分比值的2.9倍之和在10~13范围内。
3.如权利要求1所述的结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金，其特征在于，所述钛合金中间隙型杂质元素H、N、C的质量百分比分别低于0.01%、0.055%、0.05%。
4.如权利要求1所述的结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金，其特征在于，所述钛合金由100%的β相组成，并且在塑性变形阶段产生应力诱发ω相与{332}<113>变形孪晶。
5.一种权利要求1-4中任一项所述的结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.如权利要求5所述
7.如权利要求5所述的结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金的制备方法，其特征在于，在S2中，将获得的成品铸锭置于真空度高于3.5×10-4Pa的环境中，经1050℃保温12h以上，然后随炉冷却至室温。
8.如权利要求5所述的结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金的制备方法，其特征在于，在S3中，先将S2中处理后的铸锭置于真空度高于3.5×10-4Pa的环境中，随炉升温，并在900℃下保温30min以上热透，再采用双辊板带轧机进行一道次轧制，变形量为40%~60%，热轧完成后水冷淬火至室温；然后在室温下使用双辊板带轧机对热轧板材进行多道次轧制，每道次的轧辊下压量不超过0.3mm，总变形量为60%~70%。
9.如权利要求5所述的结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金的制备方法，其特征在于，在S4中，将S3中处理得到的冷轧板材在真空度高于1×10-3Pa的环境中经830℃~900℃保温30min，然后水冷淬火至室温。
10.如权利要求5所述的结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金的制备方法，其特征在于，在S4中，固溶热处理保温的温度以获得平均晶粒尺寸在50μm~150μm范围内的以等轴β晶粒为主要特征的组织为准。
...【技术特征摘要】
1.一种结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金，其特征在于，所述钛合金的元素组成及质量百分比为：18%~20%v，0.15%~0.4%o，余量为ti和微量的杂质元素。
2.如权利要求1所述的结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金，其特征在于，所述钛合金中v元素质量百分比值的0.67倍与置换型杂质fe元素的质量百分比值的2.9倍之和在10~13范围内。
3.如权利要求1所述的结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金，其特征在于，所述钛合金中间隙型杂质元素h、n、c的质量百分比分别低于0.01%、0.055%、0.05%。
4.如权利要求1所述的结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金，其特征在于，所述钛合金由100%的β相组成，并且在塑性变形阶段产生应力诱发ω相与{332}<113>变形孪晶。
5.一种权利要求1-4中任一项所述的结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.如权利要求5所述的结合间隙氧固溶强化和应力诱发ω相变诱导塑性的亚稳β钛合金的制备方法，其特征在于，在s1中，真空电弧熔炼共重复进行3~5次，每一次熔炼完成后，翻转合金铸锭进行下一...
【专利技术属性】
技术研发人员：赖敏杰，王一君，张欣蔚，黄欣，李金山，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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