本發(fā)明涉及合金技術(shù)領域，具體的說是涉及一種中強高韌耐蝕可焊接合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

鈦及鈦合金具有比強度高、耐腐蝕、無磁等優(yōu)異的性能，特別是在海水和酸性烴類化合物中具有良好的耐蝕性，是船舶與海洋工程特別是含鹽環(huán)境優(yōu)選的材料。因此，被譽為“海洋金屬”。船用鈦合金是我國鈦產(chǎn)業(yè)重要的研究及發(fā)展方向，是未來最為重要的應用領域。

鈦合金作為船舶與海洋工程的關鍵結(jié)構(gòu)材料，除應具有合適的強度外，還必須兼有良好的延性和足夠高的斷裂韌性。在海洋環(huán)境下使用，尤其要求鈦合金具有較高的沖擊韌性和應力腐蝕斷裂韌性。鈦合金材料的韌性（沖擊韌性、斷裂韌性和應力腐蝕斷裂韌性等）直接影響其構(gòu)件的使用安全性，如強度雖高而韌性差的合金，在應力作用下，往往由于微小裂紋的存在及失穩(wěn)而易導致破壞。隨著鈦合金在船舶和海洋工程領域的廣泛應用，如從船舶設備、系統(tǒng)到未來船體的推廣應用，對鈦合金材料使用安全可靠性提出了更高要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述的技術(shù)問題，提供一種中強高韌耐蝕可焊接合金及其制備方法，其制得的合金具有良好的冷熱加工及鑄造性能，可成型為鍛件、板材和鑄件等，具有較高的塑韌性和良好的焊接性能和耐海水腐蝕性能。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種中強高韌耐蝕可焊接合金，按照質(zhì)量百分比由以下成分組成：Al：3.0-8.0%，V：0.3-3.0%，Sn：0.3-3.0%，Zr：0.3-4.0%，Mo：0.3-3.0%，Si：0.02-0.50%，余量為Ti。

所述V、Mo、Sn、Si元素采用鋁釩、鋁鉬、鋁錫和鋁硅中間合金的形式加入，Al和Zr采用純金屬的形式加入。

一種中強高韌耐蝕可焊接合金的方法，包括以下步驟：

步驟一、按照權(quán)利要求2的質(zhì)量百分比稱取純鋁、純鋯、鋁釩、鋁鉬、鋁錫和鋁硅，并將稱取的各組分混合后壓制成電極棒，備用；

步驟二、將步驟一制備的電極棒放入真空自耗電弧熔爐進行熔煉成鑄錠，熔煉過程中，預熔真空度為10^-2Pa，熔煉次數(shù)≥3次，然后將鑄錠車皮、去縮口后，備用；

步驟三、將經(jīng)步驟二處理后的鑄錠在溫度為T_β+150℃的條件下加熱，然后在空氣錘或壓機上開坯，開坯后，坯件在溫度為相變點T_β以下20~30℃的條件下放入空氣錘、水壓機或擠壓機上，并在空氣錘、水壓機或擠壓機上加工成板坯或鍛件，制得的坯件在相變點T_β以下10℃進行熱處理，完成后備用；

步驟四：板材軋制：采用冷熱軋機將步驟三制備的板坯或鍛件軋制為不同厚度的寬幅板材，即為成品。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明采用真空自耗電弧熔煉，操作簡單，對成品的質(zhì)量和均勻性起到良好的作用，本發(fā)明制得的合金具有良好的冷熱加工及鑄造性能，可成型為鍛件、板材和鑄件等，具有較高的塑韌性和良好的焊接性能和耐海水腐蝕性能，其R_m≥780MPa，R_p0.2≥700MPa，A≥12%；KV₂≥47J，K_IC≥110MPAam^1/2，K_ISCC≥90MPAam^1/2，板材縱橫向性能差異不大于15%，且鑄件/鍛件/板材可焊，焊接系數(shù)≥0.9，在船舶和海洋工程等領域具有良好的技術(shù)應用與市場前景。

具體實施方式

一種中強高韌耐蝕可焊接合金，按照質(zhì)量百分比由以下成分組成：Al：3.0-8.0%，V：0.3-3.0%，Sn：0.3-3.0%，Zr：0.3-4.0%，Mo：0.3-3.0%，Si：0.02-0.50%，余量為Ti，所述V、Mo、Sn、Si元素采用鋁釩、鋁鉬、鋁錫和鋁硅中間合金的形式，Al和Zr采用純金屬的形式。

一種中強高韌耐蝕可焊接合金的方法，包括以下步驟：

步驟一、按照權(quán)利要求1的質(zhì)量百分比稱取純鋁、純鋯、鋁釩、鋁鉬、鋁錫和鋁硅，并將稱取的各組分混合后壓制成電極棒，備用；

步驟二、將步驟一制備的電極棒放入真空自耗電弧熔爐進行熔煉成鑄錠，熔煉過程中，預熔真空度為10^-2Pa，熔煉次數(shù)≥3次，然后將鑄錠車皮、去縮口后，備用；

步驟三、將經(jīng)步驟二處理后的鑄錠在溫度為T_β+150℃的條件下加熱，然后在空氣錘或壓機上開坯，開坯后，坯件在溫度為相變點T_β以下20~30℃的條件下放入空氣錘、水壓機或擠壓機上，并在空氣錘、水壓機或擠壓機上加工成板坯或鍛件，制得的坯件在相變點T_β以下10℃進行熱處理，完成后備用；

步驟四：板材軋制：采用冷熱軋機將步驟三制備的板坯或鍛件軋制為不同厚度的寬幅板材，即為成品。

以下結(jié)合實施例進一步闡釋本發(fā)明。

實施例1：Ti-8Al-3V-3Sn-4Zr-3Mo-0.1Si合金

按該實施例所列成分稱量原料，將8%的鋁元素、3%的釩元素、3%的錫元素、4%的鋯元素、3%的鉬元素、0.1%的硅元素和工業(yè)1級海綿鈦通過混料、壓制電極棒、真空自耗電弧爐三次熔煉成合金鑄錠。經(jīng)T_β+150℃開坯，α+β相區(qū)鍛造成鍛件；采用冷熱軋機成型為不同厚度的寬幅板材；采用鑄造方法制備出大型復雜精密結(jié)構(gòu)鈦合金鑄件。經(jīng)熱處理后，鍛件、板材和鑄件性能見表1。

實施例2：Ti-7Al-1V-1Sn-1Zr-1Mo-0.1Si合金

按該實施例所列成分稱量原料，將7%的鋁元素、1%的釩元素、1%的錫元素、1%的鋯元素、1%的鉬元素、0.1%的硅元素和工業(yè)1級海綿鈦通過混料、壓制電極棒、真空自耗電弧爐三次熔煉成合金鑄錠。經(jīng)T_β+150℃開坯，α+β相區(qū)鍛造成鍛件；采用冷熱軋機成型為不同厚度的寬幅板材；采用鑄造方法制備出大型復雜精密結(jié)構(gòu)鈦合金鑄件。經(jīng)熱處理后，鍛件、板材和鑄件性能見表1。

實施例3：Ti-6Al-1V-1Sn-2Zr-1Mo-0.1Si合金

按該實施例所列成分稱量原料，將6%的鋁元素、1%的釩元素、1%的錫元素、2%的鋯元素、1%的鉬元素、0.1%的硅元素和工業(yè)1級海綿鈦通過混料、壓制電極棒、真空自耗電弧爐三次熔煉成合金鑄錠。經(jīng)T_β+150℃開坯，α+β相區(qū)鍛造成鍛件；采用冷熱軋機成型為不同厚度的寬幅板材；采用鑄造方法制備出大型復雜精密結(jié)構(gòu)鈦合金鑄件。經(jīng)熱處理后，鍛件、板材和鑄件性能見表1。

實施例4：Ti-5Al-1V-0.3Sn-2Zr-2Mo-0.1Si合金

按該實施例所列成分稱量原料，將5%的鋁元素、1%的釩元素、0.3%的錫元素、2%的鋯元素、2%的鉬元素、0.1%的硅元素和工業(yè)1級海綿鈦通過混料、壓制電極棒、真空自耗電弧爐三次熔煉成合金鑄錠。經(jīng)T_β+150℃開坯，α+β相區(qū)鍛造成鍛件；采用冷熱軋機成型為不同厚度的寬幅板材；采用鑄造方法制備出大型復雜精密結(jié)構(gòu)鈦合金鑄件。經(jīng)熱處理后，鍛件、板材和鑄件性能見表1。

實施例5：Ti-5Al-1V-1Sn-1Zr-1Mo-0.1Si合金

按該實施例所列成分稱量原料，將5%的鋁元素、1%的釩元素、1%的錫元素、1%的鋯元素、1%的鉬元素、0.1%的硅元素和工業(yè)1級海綿鈦通過混料、壓制電極棒、真空自耗電弧爐三次熔煉成合金鑄錠。經(jīng)T_β+150℃開坯，α+β相區(qū)鍛造成鍛件；采用冷熱軋機成型為不同厚度的寬幅板材；采用鑄造方法制備出大型復雜精密結(jié)構(gòu)鈦合金鑄件。經(jīng)熱處理后，鍛件、板材和鑄件性能見表1。

實施例6：Ti-5Al-1V-1Sn-1Zr-0.8Mo-0.1Si合金

按該實施例所列成分稱量原料，將5%的鋁元素、1%的釩元素、1%的錫元素、1%的鋯元素、0.8%的鉬元素、0.1%的硅元素和工業(yè)1級海綿鈦通過混料、壓制電極棒、真空自耗電弧爐三次熔煉成合金鑄錠。經(jīng)T_β+150℃開坯，α+β相區(qū)鍛造成鍛件；采用冷熱軋機成型為不同厚度的寬幅板材；采用鑄造方法制備出大型復雜精密結(jié)構(gòu)鈦合金鑄件。經(jīng)熱處理后，鍛件、板材和鑄件性能見表1。

實施例7：Ti-6Al-3V-3Sn-4Zr-0.3Mo-0.1Si合金

按該實施例所列成分稱量原料，將6%的鋁元素、3%的釩元素、3%的錫元素、4%的鋯元素、0.3%的鉬元素、0.1%的硅元素和工業(yè)1級海綿鈦通過混料、壓制電極棒、真空自耗電弧爐三次熔煉成合金鑄錠。經(jīng)T_β+150℃開坯，α+β相區(qū)鍛造成鍛件；采用冷熱軋機成型為不同厚度的寬幅板材；采用鑄造方法制備出大型復雜精密結(jié)構(gòu)鈦合金鑄件。經(jīng)熱處理后，鍛件、板材和鑄件性能見表1。

實施例8：Ti-6Al-3V-3Sn-0.3Zr-3Mo-0.1Si合金

按該實施例所列成分稱量原料，將6%的鋁元素、3%的釩元素、3%的錫元素、0.3%的鋯元素、3%的鉬元素、0.1%的硅元素和工業(yè)1級海綿鈦通過混料、壓制電極棒、真空自耗電弧爐三次熔煉成合金鑄錠。經(jīng)T_β+150℃開坯，α+β相區(qū)鍛造成鍛件；采用冷熱軋機成型為不同厚度的寬幅板材；采用鑄造方法制備出大型復雜精密結(jié)構(gòu)鈦合金鑄件。經(jīng)熱處理后，鍛件、板材和鑄件性能見表1。

實施例9：Ti-3Al-0.3V-3Sn-4Zr-3Mo-0.5Si合金

按該實施例所列成分稱量原料，將3%的鋁元素、0.3%的釩元素、3%的錫元素、4%的鋯元素、3%的鉬元素、0.5%的硅元素和工業(yè)1級海綿鈦通過混料、壓制電極棒、真空自耗電弧爐三次熔煉成合金鑄錠。經(jīng)T_β+150℃開坯，α+β相區(qū)鍛造成鍛件；采用冷熱軋機成型為不同厚度的寬幅板材；采用鑄造方法制備出大型復雜精密結(jié)構(gòu)鈦合金鑄件。經(jīng)熱處理后，鍛件、板材和鑄件性能見表1。

表1 為各實施例中制備的新型中強高韌耐蝕可焊鈦合金的成分及性能