技术领域
[0001] 本发明属于钛合金技术领域，具体涉及一种钛合金材料及其制备方法和应用。
相关背景技术
[0002] 钛合金是一种非常重要的金属材料，以其出色的性能而著称，钛合金以其高比强度、高比模量、耐腐蚀等一系列优势，具有广泛的应用优势，在海洋工程、航空航天、生物医学、冶金、化工、轻工等诸多领域均得到重视。
[0003] 在合金企业的下游加工行业，对钛合金的加工成本高昂一直是痛点，极大的限制了它的应用与推广，具体存在以下问题：钛合金材料导热性差，造成刀具磨损加快；钛合金弹性模量小，导致切削过程中被加工件弹性变形影响加工稳定性；钛合金化学性质活泼导致加工表面硬化加速刀具磨损。申请号为CN201911336468.7的中国发明专利提供了一种适于冷轧的高强钛合金，在钛合金中加入Mo元素，与其他组分配合，能够减小晶粒尺寸，提高钛合金的塑性。但是该方法制备的钛合金的耐腐蚀性不理想，产品的加工稳定性不理想。
[0004] 因为钛合金具有轻质、高强度、耐腐蚀等特性，这些特性使得它成为高端手机壳的理想选择。但是目前市面上的钛合金的切削加工性较差，在制备手机壳的过程中可能会遇到一些问题：（1）刀具磨损：钛合金在切削过程中容易产生高温，导致刀具刃口迅速磨损，从而需要频繁更换刀具。高温下刀具材料与钛合金材料之间可能发生化学反应，加速刀具磨损，缩短刀具使用寿命。（2）表面质量问题：由于切削过程中产生的高温和切削力，可能导致已加工表面出现较高的表面粗糙度。高温下的切削可能会导致表面硬化现象，这会降低材料的疲劳强度，影响手机壳的耐用性。（3）切削力大：钛合金材料的硬度和韧性导致切削时需要较大的切削力，这会增加设备的负荷，可能引起振动或不稳定切削。（4）切削速度受限：由于上述问题，加工钛合金时通常需要采用较低的切削速度，这会导致加工时间延长，生产效率降低。（5）成本增加：频繁更换刀具、较长的加工时间和对设备的要求都会导致成本上升。
[0005] 因此，亟需一种力学强度、弹性模量高、切削性能、耐腐蚀性好的钛合金材料。
具体实施方式
[0028] 下面将对本发明实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029] 实施例1本实施例提供了一种钛合金材料，所述钛合金材料包括以下重量百分数的组分：
所述钛合金材料包括以下重量百分数的组分：6.1％Al、4.0％V、1.5％B、2.3％Cr、2.2％Zr、
0.9％Mo、1.4％Sn、0.2％Fe、0.20％O、0.03％N、0.05％C、0.011％H，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0030] 所述的钛合金材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：（1）按所需钛合金成分配料，均匀混合后压制电极，进行电极的真空焊接，采用真空自耗电弧炉进行3次的熔炼，得到铸锭，将铸锭进行锻造，获得板坯；
（2）板坯在步进式加热炉中退火，加热温度850℃、加热介质为天然气，保温时间根据板坯厚度计算，最终获得厚度为4mm的热轧钛卷；
（3）热轧钛卷采用连续退火的方式，退火温度730℃、保温时间100min，退火后以60℃/秒的冷却速度冷却至室温，进行抛丸和酸洗处理，钛卷的宽度1100mm；
（4）钛卷冷轧时采用可逆轧机，轧制速度70m/min，轧程变形量不超过40％，随后进行罩式炉真空退火，退火温度为710℃，保温时间为150min，退火后以120℃/秒的冷却速度冷却至室温，得到成品钛卷；
（5）成品冷轧后采用真空罩式炉退火，退火温度为690℃，保温时间70min，得到钛合金材料。
[0031] 实施例2本实施例提供了一种钛合金材料，所述钛合金材料包括以下重量百分数的组分：
5.7％Al、3.8％V、1.2％B、2.2％Cr、1.8％Zr、0.7％Mo、1.2％Sn、0.1％Fe、0.05％O、0.03％N、0.04％C、0.005％H，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0032] 所述的钛合金材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：（1）按所需钛合金成分配料，均匀混合后压制电极，进行电极的真空焊接，采用真空自耗电弧炉进行2次的熔炼，得到铸锭，将铸锭进行锻造，获得板坯；
（2）板坯在步进式加热炉中退火，加热温度840℃、加热介质为天然气，保温时间根据板坯厚度计算，最终获得厚度为4mm的热轧钛卷；
（3）热轧钛卷采用连续退火的方式，退火温度720℃、保温时间60min，退火后以50℃/秒的冷却速度冷却至室温，进行抛丸和酸洗处理，钛卷的宽度1100mm；
（4）钛卷冷轧时采用可逆轧机，轧制速度60m/min，轧程变形量不超过40％，随后进行罩式炉真空退火，退火温度为700℃，保温时间为120min，退火后以100℃/秒的冷却速度冷却至室温，得到成品钛卷；
（5）成品冷轧后采用真空罩式炉退火，退火温度为680℃，保温时间60min，得到钛合金材料。
[0033] 实施例3本实施例提供了一种钛合金材料，所述钛合金材料包括以下重量百分数的组分：
6.4％Al、4.3％V、1.8％B、2.2％Cr、2.0％Zr、1.1％Mo、1.7％Sn、0.3％Fe、0.20％O、0.05％N、0.08％C、0.015％H，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0034] 所述的钛合金材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：（1）按所需钛合金成分配料，均匀混合后压制电极，进行电极的真空焊接，采用真空自耗电弧炉进行4次的熔炼，得到铸锭，将铸锭进行锻造，获得板坯；
（2）板坯在步进式加热炉中退火，加热温度860℃、加热介质为天然气，保温时间根据板坯厚度计算，最终获得厚度为4mm的热轧钛卷；
（3）热轧钛卷采用连续退火的方式，退火温度750℃、保温时间120min，退火后以80℃/秒的冷却速度冷却至室温，进行抛丸和酸洗处理，钛卷的宽度1100mm；
（4）钛卷冷轧时采用可逆轧机，轧制速度80m/min，轧程变形量不超过40％，随后进行罩式炉真空退火，退火温度为720℃，保温时间为180min，退火后以150℃/秒的冷却速度冷却至室温，得到成品钛卷；
（5）成品冷轧后采用真空罩式炉退火，退火温度为700℃，保温时间80min，得到钛合金材料。
[0035] 对比例1本对比例与实施例1的区别为：Al、B、Cr重量百分数不同。
[0036] 所述钛合金材料包括以下重量百分数的组分：5.7％Al、4.0％V、1.8％B、2.4％Cr、2.2％Zr、0.9％Mo、1.4％Sn、0.2％Fe、0.20％O、0.03％N、0.05％C、0.011％H，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0037] 对比例2本对比例与实施例1的区别为：Cr、Zr、Mo的重量百分数不同。
[0038] 所述钛合金材料包括以下重量百分数的组分：6.1％Al、4.0％V、1.5％B、2.6％Cr、2.5％Zr、1.9％Mo、1.4％Sn、0.2％Fe、0.20％O、0.03％N、0.05％C、0.011％H，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0039] 对比例3本对比例与实施例1的区别为：V、Sn、Fe重量百分数不同。
[0040] 所述钛合金材料包括以下重量百分数的组分：6.1％Al、3.2％V、1.5％B、2.3％Cr、2.2％Zr、0.9％Mo、1.9％Sn、0.5％Fe、0.20％O、0.03％N、0.05％C、0.011％H，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0041] 对比例4本对比例与实施例1的区别为：步骤（3）热轧钛卷采用连续退火的方式，退火温度
600℃、保温时间180min，退火后以150℃/秒的冷却速度冷却至室温，进行抛丸和酸洗处理，钛卷的宽度1100mm。
[0042] 对比例5本对比例与实施例1的区别为：步骤（4）钛卷冷轧时采用可逆轧机，轧制速度70m/min，轧程变形量不超过40％，随后进行罩式炉真空退火，退火温度为750℃，保温时间为
60min，退火后以60℃/秒的冷却速度冷却至室温，得到成品钛卷。
[0043] 性能测试对实施例1‑3和对比例1‑5制备的钛合金材料进行性能测试。
[0044] 采用万能材料实验机测定钛合金材料的抗拉强度和延伸率、弹性模量。
[0045] 耐腐蚀性能：耐CASS盐雾腐蚀性能参考GB/T 10125‑2012《人造气氛腐蚀试验、盐雾试验》执行，表面评级参考GB/T 6461‑2002《盐雾试验国标试样和试件的评级》执行，表面质量需达到9级以上。
[0046] 切削加工性能测试：切削性能的试验条件为刀具以50m/min的切削速率，0.2mm/rev的送进速度，1mm的进刀量进行干式切削，时间为10min，收集并称量切屑的重量。
[0047] 结果见表1。
[0048] 表1性能测试结果
[0049] 由上述性能测试结果可知，实施例1‑3的钛合金综合性能优异，尤其是实施例1的综合性能最为突出，这主要是因为严格控制各元素的含量和制备工艺的效果。
[0050] 而对比例则因为并未采用必要的技术方案，导致其在相应的性能测试方面要明显的差于实施例，在对比例1中改变了Al、B、Cr重量百分数，可以看出钛合金改善弹性模量、拉伸强度效果下降，证明了Al、B、Cr重量百分数的配比关系方案对性能效果有重要影响，对比例2中Cr、Zr、Mo的重量百分数不同，从结果能够看出影响了耐盐雾性，对比例4‑5的制备条件，钛合金的延伸率下降。以上实验结果更进一步证明了本发明中所限定技术方案对于其技术效果的重要性。
[0051] 以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，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。
