一种中强高韧耐蚀可焊接合金及其制备方法技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体的说是涉及一种中强高韧耐蚀可焊接合金及其制
备方法。
背景技术
钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀、无磁等优异的性能，特别是在海水和酸性烃类
化合物中具有良好的耐蚀性，是船舶与海洋工程特别是含盐环境优选的材料。因此，被誉为
“海洋金属”。船用钛合金是我国钛产业重要的研究及发展方向，是未来最为重要的应用领
域。
钛合金作为船舶与海洋工程的关键结构材料，除应具有合适的强度外，还必须兼
有良好的延性和足够高的断裂韧性。在海洋环境下使用，尤其要求钛合金具有较高的冲击
韧性和应力腐蚀断裂韧性。钛合金材料的韧性（冲击韧性、断裂韧性和应力腐蚀断裂韧性
等）直接影响其构件的使用安全性，如强度虽高而韧性差的合金，在应力作用下，往往由于
微小裂纹的存在及失稳而易导致破坏。随着钛合金在船舶和海洋工程领域的广泛应用，如
从船舶设备、系统到未来船体的推广应用，对钛合金材料使用安全可靠性提出了更高要求。
发明内容
本发明为了解决上述的技术问题，提供一种中强高韧耐蚀可焊接合金及其制备方
法，其制得的合金具有良好的冷热加工及铸造性能，可成型为锻件、板材和铸件等，具有较
高的塑韧性和良好的焊接性能和耐海水腐蚀性能。
为了实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：一种中强高韧耐蚀可焊接
合金，按照质量百分比由以下成分组成：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%，余量为Ti。
所述V、Mo、Sn、Si元素采用铝钒、铝钼、铝锡和铝硅中间合金的形式加入，Al和Zr采
用纯金属的形式加入。
一种中强高韧耐蚀可焊接合金的方法，包括以下步骤：
步骤一、按照权利要求2的质量百分比称取纯铝、纯锆、铝钒、铝钼、铝锡和铝硅，并将称
取的各组分混合后压制成电极棒，备用；
步骤二、将步骤一制备的电极棒放入真空自耗电弧熔炉进行熔炼成铸锭，熔炼过程中，
预熔真空度为10-2Pa，熔炼次数≥3次，然后将铸锭车皮、去缩口后，备用；
步骤三、将经步骤二处理后的铸锭在温度为Tβ+150℃的条件下加热，然后在空气锤或
压机上开坯，开坯后，坯件在温度为相变点Tβ以下20~30℃的条件下放入空气锤、水压机或
挤压机上，并在空气锤、水压机或挤压机上加工成板坯或锻件，制得的坯件在相变点Tβ以下
10℃进行热处理，完成后备用；
步骤四：板材轧制：采用冷热轧机将步骤三制备的板坯或锻件轧制为不同厚度的宽幅
板材，即为成品。
本发明的有益效果：本发明采用真空自耗电弧熔炼，操作简单，对成品的质量和均
匀性起到良好的作用，本发明制得的合金具有良好的冷热加工及铸造性能，可成型为锻件、
板材和铸件等，具有较高的塑韧性和良好的焊接性能和耐海水腐蚀性能，其Rm≥780MPa，
Rp0.2≥700MPa，A≥12%；KV2≥47J，KIC≥110MPAam1/2，KISCC≥90MPAam1/2，板材纵横向性能差异
不大于15%，且铸件/锻件/板材可焊，焊接系数≥0.9，在船舶和海洋工程等领域具有良好的
技术应用与市场前景。
具体实施方式
一种中强高韧耐蚀可焊接合金，按照质量百分比由以下成分组成：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%，余量为Ti，所述V、
Mo、Sn、Si元素采用铝钒、铝钼、铝锡和铝硅中间合金的形式，Al和Zr采用纯金属的形式。
一种中强高韧耐蚀可焊接合金的方法，包括以下步骤：
步骤一、按照权利要求1的质量百分比称取纯铝、纯锆、铝钒、铝钼、铝锡和铝硅，并将称
取的各组分混合后压制成电极棒，备用；
步骤二、将步骤一制备的电极棒放入真空自耗电弧熔炉进行熔炼成铸锭，熔炼过程中，
预熔真空度为10-2Pa，熔炼次数≥3次，然后将铸锭车皮、去缩口后，备用；
步骤三、将经步骤二处理后的铸锭在温度为Tβ+150℃的条件下加热，然后在空气锤或
压机上开坯，开坯后，坯件在温度为相变点Tβ以下20~30℃的条件下放入空气锤、水压机或
挤压机上，并在空气锤、水压机或挤压机上加工成板坯或锻件，制得的坯件在相变点Tβ以下
10℃进行热处理，完成后备用；
步骤四：板材轧制：采用冷热轧机将步骤三制备的板坯或锻件轧制为不同厚度的宽幅
板材，即为成品。
以下结合实施例进一步阐释本发明。
实施例1：Ti-8Al-3V-3Sn-4Zr-3Mo-0.1Si合金
按该实施例所列成分称量原料，将8%的铝元素、3%的钒元素、3%的锡元素、4%的锆元素、
3%的钼元素、0.1%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三次
熔炼成合金铸锭。经Tβ+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度的
宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材和
铸件性能见表1。
实施例2：Ti-7Al-1V-1Sn-1Zr-1Mo-0.1Si合金
按该实施例所列成分称量原料，将7%的铝元素、1%的钒元素、1%的锡元素、1%的锆元素、
1%的钼元素、0.1%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三次
熔炼成合金铸锭。经Tβ+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度的
宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材和
铸件性能见表1。
实施例3：Ti-6Al-1V-1Sn-2Zr-1Mo-0.1Si合金
按该实施例所列成分称量原料，将6%的铝元素、1%的钒元素、1%的锡元素、2%的锆元素、
1%的钼元素、0.1%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三次
熔炼成合金铸锭。经Tβ+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度的
宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材和
铸件性能见表1。
实施例4：Ti-5Al-1V-0.3Sn-2Zr-2Mo-0.1Si合金
按该实施例所列成分称量原料，将5%的铝元素、1%的钒元素、0.3%的锡元素、2%的锆元
素、2%的钼元素、0.1%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三
次熔炼成合金铸锭。经Tβ+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度
的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材
和铸件性能见表1。
实施例5：Ti-5Al-1V-1Sn-1Zr-1Mo-0.1Si合金
按该实施例所列成分称量原料，将5%的铝元素、1%的钒元素、1%的锡元素、1%的锆元素、
1%的钼元素、0.1%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三次
熔炼成合金铸锭。经Tβ+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度的
宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材和
铸件性能见表1。
实施例6：Ti-5Al-1V-1Sn-1Zr-0.8Mo-0.1Si合金
按该实施例所列成分称量原料，将5%的铝元素、1%的钒元素、1%的锡元素、1%的锆元素、
0.8%的钼元素、0.1%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三
次熔炼成合金铸锭。经Tβ+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度
的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材
和铸件性能见表1。
实施例7：Ti-6Al-3V-3Sn-4Zr-0.3Mo-0.1Si合金
按该实施例所列成分称量原料，将6%的铝元素、3%的钒元素、3%的锡元素、4%的锆元素、
0.3%的钼元素、0.1%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三
次熔炼成合金铸锭。经Tβ+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度
的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材
和铸件性能见表1。
实施例8：Ti-6Al-3V-3Sn-0.3Zr-3Mo-0.1Si合金
按该实施例所列成分称量原料，将6%的铝元素、3%的钒元素、3%的锡元素、0.3%的锆元
素、3%的钼元素、0.1%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三
次熔炼成合金铸锭。经Tβ+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度
的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材
和铸件性能见表1。
实施例9：Ti-3Al-0.3V-3Sn-4Zr-3Mo-0.5Si合金
按该实施例所列成分称量原料，将3%的铝元素、0.3%的钒元素、3%的锡元素、4%的锆元
素、3%的钼元素、0.5%的硅元素和工业1级海绵钛通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉三
次熔炼成合金铸锭。经Tβ+150℃开坯，α+β相区锻造成锻件；采用冷热轧机成型为不同厚度
的宽幅板材；采用铸造方法制备出大型复杂精密结构钛合金铸件。经热处理后，锻件、板材
和铸件性能见表1。
表1 为各实施例中制备的新型中强高韧耐蚀可焊钛合金的成分及性能