本发明属于钛合金，具体涉及一种高塑性亚稳β钛合金及其制备方法。
背景技术：
1、具有孪生诱导塑性/相变诱导塑性效应(twip/trip)的亚稳β钛合金由于其比强度高、弹性模量低、生物相容性好、耐蚀性高、无磁性、成型性能好等优良特性，在航空、航天、兵器、舰船、生物医用等领域具有广阔的应用前景。亚稳β钛合金在固溶处理状态下可具有优异的冷变形性能和良好的焊接性能，而进一步时效后可具有较好的强塑性匹配，典型的亚稳β钛合金有tb2(ti-3al-5mo-5v-8cr wt.％)、tb5(ti-15v-3cr-3sn-3a1 wt.％)等。其中tb2合金产品已在航天领域中得到长时间的应用，如紧固件等，该合金固溶水淬态室温拉伸断后延伸率约24％。
2、近年来新型亚稳β钛合金数量逐渐增多，其中大部分亚稳β钛合金的高塑性需通过固溶处理后水冷的方式获得，而在工业场景中，大尺寸的亚稳β钛合金水淬时由于温差较大，得到的合金内应力较高，易发生淬火后形变且性能稳定性较低。相比之下，固溶处理后以空冷的方式进行冷却操作便捷性更高、所得合金内应力较小，不易发生形变且制备成本更低，符合绿色加工理念。然而大多亚稳β钛合金固溶后在空冷条件下冷却，塑性则会大幅度下降，甚至直接脆化，该结果与获取室温高塑性钛合金的目标相悖。此外，原料及加工等过程带来的高成本也一直是限制钛合金推广的一个重要因素。因此，如何找到更多成本更低、可空冷实现高塑性的亚稳β钛合金，发挥此类钛合金的高塑性优势，是这类材料亟待解决的一大难题。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本发明提供一种高塑性的亚稳β钛合金及其制备方法，能够实现亚稳β钛合金固溶空冷后的高塑性及良好的强塑性匹配。
2、本发明完整的技术方案包括：
3、一种高塑性的亚稳β钛合金，以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：mo 5～6.5％，cr 4～5.5％，sn 0.8～3.2％，余量为ti。
4、其中，所述mo原料为mo颗粒，纯度大于等于99.9％；所述cr原料为cr颗粒，纯度大于等于99.9％；所述sn原料为sn颗粒，纯度大于等于99.9％；所述ti原料为ti颗粒，纯度大于等于99.9％。
5、本发明还提出了一种所述高塑性的亚稳β钛合金的制备方法，所述方法步骤如下：
6、s1、将纯度为99.99％的纯ti颗粒、99.99％的纯mo颗粒、99.99％的纯cr颗粒、99.99％的纯sn颗粒，按照质量分数mo 5～6.5％，cr 4～5.5％，sn 0.8～3.2％，余量为ti进行原料配比后，进行合金化熔炼，得到合金锭；
7、s2、将合金锭翻转并重复熔炼8次及以上，获得成品铸锭；
8、s3、将成品铸锭在960～1050℃下进行均匀化退火热处理5～12h，并炉冷却到室温，获得高温退火态合金铸锭；
9、s4、将所获高温退火态铸锭在750～800℃保温0.5～1h，使样品热透；对热透后的样品在760～790℃进行多道次热轧，热轧过程中每道次压下量不超过1mm，总变形量为70％～80％，每道次热轧后在对应轧制温度下保温3～8min，多道次热轧结束后，空冷至室温，得到轧制态钛合金板；
10、s5、将轧制态钛合金板进行固溶热处理，固溶温度为820～905℃，保温时间为0.5～1h，随后冷却至室温，即获得所述高塑性的亚稳β钛合金。
11、其中，采用真空电弧熔炼炉进行合金化熔炼，熔炼时保护气体为99.99％的高纯氩气。
12、其中，所述制备过程中所得合金铸锭先进行线切割，去除铸锭表面氧化层，得到规整形状的成品铸锭，再将规整形状的成品铸锭在960～1050℃下进行氩气保护下的真空均匀化退火热处理。
13、其中，固溶热处理后的冷却方式为空冷。
14、其中，所述s2中，用机械手将合金锭翻转并重复熔炼8次及以上，获得成品铸锭。
15、本发明具有以下有益效果：
16、(1)本发明公开的亚稳β钛合金材料采用的组分仅包括ti、mo、cr、sn四种元素。β稳定元素mo的添加可明显提高合金强度、提升塑性且细化晶粒；cr元素为慢共析β稳定元素，可协同强化合金；sn元素的添加抑制了空冷过程中w相的长大，对合金强度也有一定的贡献。本发明中相比其它常见亚稳β钛合金，减少了较昂贵合金元素的添加量，如mo元素，从原料上首先有效降低合金成本。
17、(2)本发明合金设计时，通过d电子轨道合金成分设计方法及进一步机理分析，调控新型亚稳β钛合金的变形机制及性能；通过复杂变形机制的激活有效提高合金的动态霍尔佩奇效应，提高合金应变硬化能力；此外通过sn合金元素的添加，调节合金元素的扩散过程，抑制空冷过程中w相的长大，进而实现固溶空冷条件下钛合金超过30％的高塑性。本发明中最高可实现的室温拉伸延伸率约为40％，可与该合金固溶水冷条件下塑性相当。本发明中的钛合金可以应用于高塑性需求的加工应用场景，如生产板材、带材、箔材、管材等等，可有效解决固溶水淬方式获得高塑性亚稳β钛合金时内应力高、易变形等问题。
18、(3)本发明制备方法包括真空电弧熔炼、真空均匀化处理、热轧变形及固溶空冷处理。本发明的合金及制备方法通过合金元素的配合，可以实现固溶空冷后超过30％的高塑性，得到优异塑性和中强度的钛合金材料，避免了采用固溶水淬方式获取高塑性亚稳β钛合金时的高应力及易形变等问题，有利于亚稳β钛合金的工程应用推广。
1.一种高塑性的亚稳β钛合金，其特征在于，以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：mo 5～6.5％，cr 4～5.5％，sn 0.8～3.2％，余量为ti。
2.如权利要求1所述一种高塑性的亚稳β钛合金，其特征在于，所述mo原料为mo颗粒，纯度大于等于99.9％；所述cr原料为cr颗粒，纯度大于等于99.9％；所述sn原料为sn颗粒，纯度大于等于99.9％；所述ti原料为ti颗粒，纯度大于等于99.9％。
3.一种如权利要求1或2所述高塑性的亚稳β钛合金的制备方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
4.如权利要求3所述制备方法，其特征在于，采用真空电弧熔炼炉进行合金化熔炼，熔炼时保护气体为99.99％的高纯氩气。
5.如权利要求3或4所述制备方法，其特征在于，所述制备过程中所得合金铸锭先进行线切割，去除铸锭表面氧化层，得到规整形状的成品铸锭，再将规整形状的成品铸锭在960～1050℃下进行氩气保护下的真空均匀化退火热处理。
6.如权利要求3或4所述制备方法，其特征在于，固溶热处理后的冷却方式为空冷。
7.如权利要求3或4所述制备方法，其特征在于，所述s2中，用机械手将合金锭翻转并重复熔炼8次及以上，获得成品铸锭。
