本发明属于钛合金，具体涉及一种提高ti-al-v-cr-fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺。
背景技术：
1、钛及钛合金因密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温、无磁、焊接性能好等优异综合性能，在海洋领域得到广泛应用。随着钛合金在海洋领域用量的不断提升，迫切需要开展低成本钛合金开发及其制备技术研究。为了大力发展高可靠性和长寿命钛合金产品，从而要求关键结构件用钛合金具有更优异的强韧性匹配及耐损伤性能。目前，西北有色金属研究院结合降低原料成本及返回料回收利用考虑，调控合金成分及含量，设计了一种新型ti-al-v-cr-fe系低成本钛合金，研究该低成本钛合金的加工制备技术，从而实现其力学性能的良好匹配，扩大其在海洋领域的应用范围，提高该合金在海洋领域的用量及应用水平迫在眉睫。
2、钛合金的力学性能取决于显微组织，显微组织又与加工工艺密切相关。研究表明，钛合金中α相的尺寸大小、体积分数和位置分布等因素显著影响合金的力学性能。等轴α相具有很好的协调变形能力，有利于提高塑性。片层α相能有效阻碍裂纹扩展，有利于提高断裂韧性，然而β晶界处呈连续分布的片状α相容易引发裂纹沿晶扩展，从而大大降低断裂韧性。晶内片层α相的粗细程度又对强度有较大影响，片层越细，强度越高。因此，通过合理的加工手段调控α相的析出行为，构建多级析出相/多层次组织结构，有助于获得良好强度-塑性-韧性匹配的高性能低成本钛合金。
3、申请号为202311569275.2的中国发明专利《一种ti60钛合金大规格棒材制备方法》通过高-低-高-低锻造工艺结合水冷和再结晶β热处理，获得心部及边部都均匀的组织；但该方法对于提高强-塑-韧力学性能匹配效果不佳。申请号202311209252.0的中国发明专利《提高tc21钛合金强韧度匹配的锻造方法》通过准β锻造获得中间坯料，然后再对中间坯料进行两相区锻造，与传统的准β锻造工艺相比，获得的tc21钛合金强度水平提高30mpa～60mpa，但是断裂韧性降低了5mpa·m1/2～8mpa·m1/2；该方法也没能同时提高强-韧力学性能。因此，现有技术中通过改变锻造工艺获得均匀组织并不能实现钛合金综合力学性能的提高。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种提高ti-al-v-cr-fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺。该工艺采用高-低-高的锻造方式，结合锻后“空冷+水冷”的冷却方式以及退火处理，得到具有项链状的晶界α相、网篮分布的多尺度片状α相复杂微观结构，大大提高了钛合金强度-塑性-韧性的综合性能，解决了综合性能匹配不好的难题。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种提高ti-al-v-cr-fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
3、步骤一、将ti-al-v-cr-fe系钛合金铸锭进行相变点温度以上的多火次开坯及高温锻造，且开坯及高温锻造过程进行三镦三拔，然后空冷至室温，得到一次钛合金锻件；
4、步骤二、对步骤一中得到的一次钛合金锻件进行相变点温度以下的锻造，且锻造过程进行三镦三拔，然后空冷至室温，得到二次钛合金锻件；
5、步骤三、对步骤二中得到的二次钛合金锻件进行相变点温度以上的终锻，且终锻过程进行三镦三拔，然后以空冷和水冷混合方式冷却至室温，得到三次钛合金锻件；
6、步骤四、对步骤三中得到的三次钛合金锻件进行退火处理，然后空冷至室温，得到ti-al-v-cr-fe系钛合金；所述ti-al-v-cr-fe系钛合金的抗拉强度大于1100mpa，屈服强度大于1000mpa，延伸率大于10％，断裂韧性kic大于100mpa·m1/2。
7、上述的一种提高ti-al-v-cr-fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺，其特征在于，步骤一中所述开坯及高温锻造的温度为相变点温度以上60℃～210℃，且各火次保温时间t1＝(d1×0.6+23)min～(d1×0.6+30)min，其中d1为ti-al-v-cr-fe系钛合金铸锭的横截面直径，单位为mm。
8、上述的一种提高ti-al-v-cr-fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺，其特征在于，步骤二中所述锻造的温度为相变点温度以下20℃～50℃，保温时间t2＝(d2×0.6+23)min～(d2×0.6+30)min，其中d2为一次钛合金锻件的横截面直径，单位为mm。本发明选择的锻造温度和保温时间能够有效细化晶粒，避免了锻造温度高于相变点温度以下20℃时很难获得均匀细化的等轴α晶粒的问题，以及锻造温度低于相变点温度以下50℃时钛合金容易开裂的问题。
9、上述的一种提高ti-al-v-cr-fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺，其特征在于，步骤三中所述终锻的温度为相变点温度以上10℃～50℃，保温时间t3＝(d3×0.6+23)min～(d3×0.6+30)min，其中d3为二次钛合金锻件的横截面直径，单位为mm。本发明通过控制终锻的温度和保温时间，将相变及形变结合起来，构建组织形态，避免终锻温度高于相变点温度以上50℃时β晶粒过大，不利于强度性能提高的问题，以及终锻温度低于相变点温度以上10℃时钛合金冷却过程中容易形成过多等轴α晶粒，不利于断裂韧性提高的问题。
10、上述的一种提高ti-al-v-cr-fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺，其特征在于，步骤三中所述冷却方式为：先空冷至680℃～710℃，然后水冷至室温。本发明通过控制锻后的冷却方式，对锻造细化晶粒进行补充，先空冷至680℃～710℃，以有效控制锻后次生粗大α相的尺度和含量，避免空冷至680℃以下导致锻后次生粗大α相的含量过高的问题，以及空冷至710℃以上导致锻后次生粗大α相的含量过低、不利于合金内部内应力释放的问题；然后在空冷后进行水冷，以提高过冷度，增加结晶核心，为随后的退火热处理相变提供了驱动力，为马氏体向条状α相转变提供了大量结晶核心，改变了β相的析出机制(即由空冷条件下的感生形核变为独立形核方式)。
11、上述的一种提高ti-al-v-cr-fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺，其特征在于，步骤四中所述退火处理的温度为880℃～910℃，保温时间为1h～2h。本发明通过上述参数的高温退火，有效消除锻后水冷过程中产生的内应力，促使马氏体α相→细小条状α相发生转变，提高力学性能，避免了退火温度高于910℃、保温时间高于2h导致条状α相尺寸较大，无法保证钛合金强度的难题，以及退火温度低于880℃、保温时间低于1h导致无法彻底消除钛合金内应力的难题。
12、本发明与现有技术相比具有以下优点：
13、1、本发明采用高-低-高的锻造方式，结合锻后“空冷+水冷”的冷却方式以及退火处理，得到具有项链状的晶界α相、网篮分布的多尺度片状α相复杂微观结构，使得该钛合金的抗拉强度大于1100mpa，屈服强度大于1000mpa，延伸率大于10％，断裂韧性kic大于100mpa·m1/2，突破了钛合金强度、塑性与韧性性能难以良好匹配的局限，满足了高性能低成本钛合金的应用需求。
14、2、本发明通过限定终锻的温度为相变点温度以上10℃～50℃，有效控制了钛合金成品中的β晶粒尺寸，结合在终锻后采用“空冷+水冷”的冷却工艺，有效抑制了次生晶内α相的析出和长大，且β晶界处析出针状α，使得在后续的退火处理后晶界处α呈项链分布，晶内α片层粗细不均且紧密交织，钛合金产的力学性能匹配更佳。
15、3、本发明的加工工艺易于实现，可广泛应用于两相钛合金的加工及制备，实用价值高。
16、下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
1.一种提高ti-al-v-cr-fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种提高ti-al-v-cr-fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺，其特征在于，步骤一中所述开坯及高温锻造的温度为相变点温度以上60℃～210℃，且各火次保温时间t1＝(d1×0.6+23)min～(d1×0.6+30)min，其中d1为ti-al-v-cr-fe系钛合金铸锭的横截面直径，单位为mm。
3.根据权利要求1所述的一种提高ti-al-v-cr-fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺，其特征在于，步骤二中所述锻造的温度为相变点温度以下20℃～50℃，保温时间t2＝(d2×0.6+23)min～(d2×0.6+30)min，其中d2为一次钛合金锻件的横截面直径，单位为mm。
4.根据权利要求1所述的一种提高ti-al-v-cr-fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺，其特征在于，步骤三中所述终锻的温度为相变点温度以上10℃～50℃，保温时间t3＝(d3×0.6+23)min～(d3×0.6+30)min，其中d3为二次钛合金锻件的横截面直径，单位为mm。
5.根据权利要求1所述的一种提高ti-al-v-cr-fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺，其特征在于，步骤三中所述冷却方式为：先空冷至680℃～710℃，然后水冷至室温。
6.根据权利要求1所述的一种提高ti-al-v-cr-fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺，其特征在于，步骤四中所述退火处理的温度为880℃～910℃，保温时间为1h～2h。
