[發明專利]采用等徑彎曲通道變形制備超細晶鈦基復合材料的方法

有效

• 申請號: 201310479359.7
• 申請日: 2013-10-14
• 公開（公告）號: CN103572186A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 王立強;呂維潔;林正捷;王雪婷;覃繼寧;張荻
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C22C14/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 牛山;陳少凌

技術領域

本發明涉及用于航空制造領域的超細晶鈦基復合材料的制備方法，具體涉及一種采用等徑彎曲通道變形制備超細晶鈦基復合材料的方法。

背景技術

TC18鈦合金是一種高強高韌、有良好淬透性和焊接性的結構合金，并有令人滿意的延伸率、斷面收縮率和沖擊韌性[1]。合金退火拉伸強度大于1080Mpa，與固溶時效狀態后的TC4和TC6等合金的抗拉強度相當，優于其他鈦合金。在強化熱處理狀態下強度可高達1280Mpa。TC18鈦合金的突出優點是最大淬透截面厚度大，可達250mm，而強度水平與其相當的T?i-1023合金淬透截面僅為100mm，T?i-17合金為150mm[1]。退火狀態下的組織中的α相和β相量大致相等，是退火狀態下強度最高的鈦合金之一。所以尤其適合作為飛機特殊承力部件的結構材料[2]。該合金可廣泛應用于制造飛機零件，包括飛機起落架部件、飛機翼梁、橫梁、桁梁、桁條、緊固件、彈簧，以及襟翼導軌和其他大型承力鍛造構件。將此合金代替鋼制造飛機的主起落架，可使飛機減重15％～20％。

作為一種能夠有效獲得超細晶的強塑性變形方法，等徑彎曲通道變形(Equal-Channel?Angular?Pressing，ECAP)技術是獲得大尺寸亞微米或納米級塊體材料的有效方法之一。20世紀80年代初Segal等首先提出采用ECAP方法對材料進行重復多次擠壓變形，在不改變試樣截面積的同時使得材料獲得大的塑性變形[3]。90年代初，Valiev等的研究極大地推動了ECAP基礎理論與相關技術的快速發展，通過多道次擠壓實現對材料的強塑性變形，從而獲得亞微米晶甚至納米晶材料[4]。國際上關于ECAP的研究大多局限于已發生塑性變形的bcc或fcc結構的純金屬及其合金(如A1、Cu、Ni、Fe等)，這些材料由于具有良好的室溫塑性加工性，可采用ECAP變形獲得超細晶組織。在國內，南京理工大學的王經濤開展工作較早，研究了ECAP制備的亞微米A1-3％Mg合金的熱穩定性，結果得出這種亞微米結構組織具有較好的組織熱穩定性[5]。沈陽材料科學國家(聯合)實驗室的張哲峰等分析了ECAP變形過程中的變形溫度對304L不銹鋼的微結構和拉伸性能的影響，得出在800℃擠壓可兼顧獲得高的強度和大的延伸率[6]。

國內對于鈦合金的ECAP變形的研究報道比較少。西安建筑科技大學趙西成等研究了室溫ECAP對工業純鈦組織及性能的影響，發現ECAP變形后，工業純鈦晶粒明顯細化，力學性能顯著提高，并保持良好塑性[7]。華南理工大學的周龍等研究了ECAP工藝對NiTi形狀記憶合金的顯微組織和性能的影響，發現NiTi合金的彈性模量隨擠壓道次的增加整體趨于下降[8]。上海交通大學謝超英等研究了純鈦的超塑性變形，通過ECAP超塑性變形和后續的冷軋變形制備出了抗拉強度大于1000MPa的超細晶組織[9]。在國外，目前僅有俄羅斯、美國、韓國及澳大利亞等少數幾個國家的研究人員對純鈦及Ti6A14V進行了ECAP變形研究，主要集中在微結構演變與組織性能方面的研究。

由于組織內含有大量的內界面和非平衡晶界結構，超細晶表現出許多不尋常的物理、化學和力學性能，如：彈性模量、擴散系數、斷裂強度、延展性、超彈性、熱穩定溫度及超塑性等。徑角擠壓法是當前最有潛力的深度塑性變形方法，可以加工比較均勻的超細晶金屬材料。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術及應用要求，提供一種采用等徑彎曲通道變形制備超細晶鈦基復合材料的方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明涉及一種采用等徑彎曲通道變形制備超細晶鈦基復合材料的方法，在600℃～700℃(更優選600℃)采用等徑彎角擠壓模具對(TiB+TiC)／TC18鈦基復合材料進行多道次等徑彎曲通道變形，制得所述超細晶鈦基復合材料。所述(TiB+TiC)／TC18鈦基復合材料是通過原位合成法制備得到的以TC18為基體的含微量TiB+TiC的復合材料；所述(TiB+TiC)／TC18鈦基復合材料是通過添加0.2wt％B4C與Ti原位反應生成微量TiB與TiC。

優選的，所述等徑彎角擠壓模具的彎角為90°直角。

優選的，所述(TiB+TiC)／TC18鈦基復合材料的成分及質量百分比為：A1：5％，Mo：5％，V：5％，Cr：1％，Fe：1％，B4C：0．2％，Ti：82.8％。

優選的，所述(TiB+TiC)／TC18鈦基復合材料中TiB、TiC增強體的摩爾比為4：1。

優選的，所述方法具體包括如下步驟：