[發(fā)明專利]一種高熱穩(wěn)定性等軸納米晶Ti6Al4V-Ni合金及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011051481.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112251635B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王海;任玲;張書(shū)源;楊柯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): C22C14/00
• 分類號(hào): C22C14/00;C22C1/02;C22F1/18
• 代理公司: 沈陽(yáng)晨創(chuàng)科技專利代理有限責(zé)任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發(fā)明涉及鈦合金材料領(lǐng)域，具體為一種高熱穩(wěn)定性等軸納米晶Ti6Al4V?Ni合金及其制備方法。該鈦合金的化學(xué)成分如下(重量％)：Al：5.0～7.0；V：3.0～5.0；Ni：0.01～4.8；余量為T(mén)i。該鈦合金的制備方法如下：首先，在950℃以上保溫一段時(shí)間后，快速冷卻至室溫以獲得納米板條前驅(qū)體；隨后對(duì)納米板條前驅(qū)體在溫度為720～840℃，應(yīng)變速率為0.1～5s^?1的范圍內(nèi)進(jìn)行熱變形，總應(yīng)變量大于等于70％，使納米板條前驅(qū)體轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S納米晶結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所制備的高熱穩(wěn)定性納米晶Ti6Al4V?Ni合金具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，可廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)療、石油化工、汽車工業(yè)和海洋工程等諸多重要領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈦合金材料領(lǐng)域，具體為一種高熱穩(wěn)定性等軸納米晶Ti6Al4V-Ni合金及其制備方法。

背景技術(shù)

鈦合金以其高強(qiáng)度、低密度、優(yōu)異的耐腐蝕性能和良好的生物相容性，被廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)療、石油化工、汽車工業(yè)和海洋工程等重要領(lǐng)域。隨著近年來(lái)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展，需要研發(fā)具有更高性能的新型鈦合金材料。與傳統(tǒng)粗晶鈦合金相比，納米晶鈦合金具有更高的強(qiáng)度與塑性、較大的疲勞強(qiáng)度、高溫超塑性等優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，同時(shí)它還具有良好的耐磨性、極佳的生物相容性以及諸多獨(dú)特的物理化學(xué)性能，這些在實(shí)際應(yīng)用中極具吸引力，制備納米晶鈦合金為傳統(tǒng)鈦合金的性能優(yōu)化開(kāi)辟了新途徑。

目前，塊體納米晶金屬材料的制備主要是通過(guò)大塑性變形(SPD)法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常見(jiàn)的大塑性變形法包括等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP)、累積復(fù)合軋制(ARB)、多向鍛造(MF)和高壓扭轉(zhuǎn)(HPT)等，這些方法均需要依靠大功率設(shè)備及昂貴的模具，所制備材料的尺寸也較小，無(wú)法滿足規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)的需要。此外，納米晶金屬材料的組織熱穩(wěn)定性是制約其應(yīng)用與發(fā)展的另一重要瓶頸。當(dāng)晶粒尺寸細(xì)化至納米級(jí)時(shí)，材料內(nèi)界面的數(shù)量將遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)粗晶材料，界面能的升高使組織熱穩(wěn)定性顯著下降，某些納米晶金屬材料甚至可以在室溫條件下發(fā)生組織回復(fù)和晶粒長(zhǎng)大，使材料喪失原有優(yōu)異的性能。

本發(fā)明提供了一種高熱穩(wěn)定性的納米晶Ti6Al4V-Ni合金，實(shí)現(xiàn)了納米晶鈦合金的低成本和規(guī)模化制備，為鈦工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)新的基礎(chǔ)與機(jī)遇。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高熱穩(wěn)定性的等軸納米晶Ti6Al4V-Ni合金，為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種高熱穩(wěn)定性的等軸納米晶Ti6Al4V-Ni合金，其特征在于：按重量百分比計(jì)，該鈦合金的化學(xué)成分為：Al：5.0～7.0；V：3.0～5.0；Ni：0.01～4.8(優(yōu)選為2.5～4.1)；余量為T(mén)i。

本發(fā)明所述高熱穩(wěn)定性的等軸納米晶Ti6Al4V-Ni合金的制備方法為：采用真空自耗爐熔煉多次，獲得原材料鑄錠，鑄錠修磨后經(jīng)過(guò)1020℃以上開(kāi)坯鍛造、精鍛加工成坯，后經(jīng)熱變形獲得等軸納米晶Ti6Al4V-Ni合金。

精鍛加工所得坯料在950℃以上保溫一段時(shí)間后，快速冷卻至室溫，獲得納米板條前驅(qū)體；對(duì)所得納米板條前驅(qū)體進(jìn)行熱變形，最終獲得等軸納米晶Ti6Al4V-Ni合金。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案：

在950℃以上，保溫時(shí)間t＝(3.0-3.5)D min，其中，D為試樣的有效厚度，單位為毫米mm。

所得坯料在950℃-1250℃保溫一段時(shí)間后，快速冷卻至室溫。

快速冷卻的冷卻速率在25～300℃/s之間。

所述納米板條前驅(qū)體在溫度為720～840℃，應(yīng)變速率為0.1～5s^-1的范圍內(nèi)進(jìn)行熱變形，總應(yīng)變量大于等于70％。優(yōu)選為：熱變形溫度為730～780℃，應(yīng)變速率為0.2～2s^-1，總應(yīng)變量為90～95％。