[發(fā)明專利]一種鈦基復(fù)合材料控制晶須特征的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910402565.5
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110218957B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳文振;崔國榮;張文叢;徐海偉
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號: C22C47/14
• 分類號: C22C47/14;C22C49/11;C22C49/14;B21J5/00;C22C101/12;C22C101/22
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 劉楊

本發(fā)明屬于金屬材料加工領(lǐng)域，特別涉及一種鈦基復(fù)合材料控制晶須特征的方法。本發(fā)明所述的鈦基復(fù)合材料控制晶須特征的方法，包括以下步驟鍛造：1）初步混合粉體的制備，2）復(fù)合坯料的制備，3）單向鍛造或多向鍛造，得具有不同晶須特征的鈦基復(fù)合材料；所得鈦基復(fù)合材料：基體為純鈦或鈦合金，其鍛后晶粒尺寸細(xì)化至20μm以下，晶須增強(qiáng)體為TiB或TiC，其形態(tài)為細(xì)長棒狀，直徑約0.2~4μm，長徑比4~20，抗拉強(qiáng)度為1100~1450MPa；晶須分布特征為沿鍛后基體顆粒邊緣的空間非均勻分布，隨基體形態(tài)的改變而變，且晶須自身長軸方向與變形過程有關(guān)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料加工領(lǐng)域，特別涉及一種鈦基復(fù)合材料控制晶須特征的方法。

背景技術(shù)

晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料是以金屬或合金為基體，以各種晶須增強(qiáng)的復(fù)合材料。按金屬或合金基體的不同，可分為鋁基、鎂基、銅基、鈦基、鎳基、高溫合金基、金屬間化合物及難熔金屬基等，使用的晶須有SiC、Si₃N₄、Al₂O₃·B₂O₃、K₂O·6TiO₂、TiB₂、TiC、ZnO等。這類復(fù)合材料具有高的強(qiáng)度和模量；橫向力學(xué)性能高，綜合力學(xué)性能較好，具有良好的高溫性能；還具有導(dǎo)熱、導(dǎo)電、耐磨損；熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好、阻尼性好等特點(diǎn)。晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備工藝較成熟，正向?qū)嵱没l(fā)展，而鈦基和金屬間化合物基等高溫合金基復(fù)合材料由于加工溫度高，界面控制困難，工藝復(fù)雜，還不夠成熟。主要應(yīng)用對象是航空、航天等領(lǐng)域。

控制晶須特征的鈦基復(fù)合材料由于具有比強(qiáng)度高等諸多優(yōu)異的性能，成為一種重要的金屬結(jié)構(gòu)材料而被應(yīng)用在了航空、航天和武器裝備領(lǐng)域。然而，控制晶須特征的鈦基復(fù)合材料本身的室溫脆性、后續(xù)加工困難等問題卻制約了其的發(fā)展與應(yīng)用。因此，提高塑性、改善加工性能成為目前鈦基復(fù)合材料研究的關(guān)鍵性問題。

近些年來，調(diào)控增強(qiáng)體的特征與分布被認(rèn)為是改善非均勻增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料強(qiáng)度與塑性的有效方法之一；另一方面，材料基體組織細(xì)化也是提高塑性、強(qiáng)度的有效手段之一，故對材料進(jìn)行后續(xù)的熱加工是種不錯(cuò)的選擇，目前并沒有能有效控制晶須特征的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鈦基復(fù)合材料控制晶須特征的方法，解決目前沒有能夠有效控制鈦合金復(fù)合材料晶須特征方法的技術(shù)問題，從而調(diào)控鈦合金復(fù)合材料強(qiáng)度和塑性。

本發(fā)明所述的鈦基復(fù)合材料控制晶須特征的方法，步驟包括：

1）初步混合粉體的制備

通過球磨將增強(qiáng)體或其原料粘附在基體表面，獲得初步混合粉體；

其中：基體為純鈦或鈦合金，其初始顆粒等效粒徑為40~200μm；增強(qiáng)體或其原料為純硼、TiB₂或B₄C；

2）復(fù)合坯料的制備

將初步混合粉體燒結(jié)，得到復(fù)合坯料；

3）將復(fù)合坯料升溫，保溫，鍛造得具有不同晶須特征的鈦基復(fù)合材料；

其中：鍛造為單向鍛造或多項(xiàng)鍛造，

所得鈦基復(fù)合材料，基體為鈦合金，其鍛后晶粒尺寸細(xì)化至20μm以下，晶須增強(qiáng)體為TiB或TiC，其形態(tài)為細(xì)長棒狀，直徑為0.2~4μm，長徑比4~20；晶須分布特征為沿鍛后基體顆粒邊緣的空間非均勻分布；抗拉強(qiáng)度為1100~1450MPa。

優(yōu)選的，單向鍛造步驟為：沿鈦基復(fù)合坯料單一方向鍛造一個(gè)或若干工步，至累積等效應(yīng)變大于0.6，基體組織由破碎的片層組織逐漸變?yōu)榈容S狀組織；所得鈦基復(fù)合材料中基體顆粒呈扁橢球狀，分布在基體邊緣準(zhǔn)連續(xù)晶須所構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)為扁橢球面分布，橢球扁率0.60~0.95，所得鈦基復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度為1100~1250MPa。