[發明專利]一種納米顆粒強韌化ZTC4鈦合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202011130591.6
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112210694B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 姜啟川;趙慶龍;邱豐;朱云龍
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/10;C22C1/03;C22F1/18
• 代理公司: 蘇州攜智匯佳專利代理事務所(普通合伙) 32278
• 代理人: 錢偉

本發明適用于鈦合金技術領域，提供了一種納米顆粒強韌化ZTC4鈦合金及其制備方法，該強韌化納米顆粒包括納米TiC和納米TiB₂，且納米TiC和納米TiB₂的摩爾比為1:(1～3)。該鑄造合金包括以下組分：Al 5.5％～6.8％、V 3.5％～4.5％、Ti 88.4％～90.99％、強韌化納米顆粒0.01％～0.3％。本發明通過添加強韌化納米TiC和納米TiB₂顆粒得到了意想不到的效果：與未加入納米TiC和納米TiB₂顆粒的ZTC4鈦合金相比，添加納米顆粒的ZTC4鈦合金的抗拉強度、屈服強度和延伸率均得到同時提高，尤其是延伸率提高顯著，其對于實現ZTC4鈦合金在復雜環境下的應用具有重大意義。

技術領域

本發明屬于鈦合金技術領域，尤其涉及一種納米顆粒強韌化ZTC4鈦合金及其制備方法。

背景技術

鈦合金的比強度高，比剛度高，耐腐蝕性能好，以上性能使得鈦合金在近海應用方面極具吸引力。鈦合金在近海應用方面，相較于鋼而言有著極大的優勢。1986年Mobil采用鈦代替北海鉆井平臺上壓艙水系統中遭腐蝕破壞的碳鋼管，該項目表明采用鈦合金成本僅提高5％，但是鈦合金在海水中的使用壽命遠遠大于碳鋼。此外，近海應用所使用的TC4鈦合金中大型構件由鑄造法直接制造，其他制備工藝無法達到形狀和精度要求。綜上所述，ZTC4鈦合金的強度以及韌性直接決定了鈦合金可以在海中使用的深度以及在近海領域的應該范圍。目前商用ZTC4的強度約為820MPa，延伸率約為8％～10％，越來越不能滿足實際應用的強塑性要求。傳統的通過熱處理強化鈦合金也在鈦合金的強韌化方面無顯著效果。因此，尋找一種合適的ZTC4鈦合金強韌化方法越來越重要。

綜上所述，尋找一種合適的提高ZTC4鈦合金的強塑性的方法，拓展鈦合金在各個領域的應用是一直亟待解決的重大問題。在金屬材料領域中強度和塑性倒置關系是一個普遍規律。在鈦合金中，強度和塑性是倒置關系，強度高、塑性低或強度低、塑性高。因此，同時提高鈦合金的強塑性是一個世界性難題。本發明創新性使用納米顆粒強韌化ZTC4鈦合金，發現在ZTC4鈦合金中添加微量納米TiC和納米TiB₂顆粒，在同時提高鈦合金強塑性方面得到了意想不到的效果，強塑性得到了同時提高。與未加入納米TiC和納米TiB₂顆粒的ZTC4鈦合金相比：添加納米TiC和納米TiB₂顆粒的ZTC4合金室溫抗拉強度均值提高了45MPa，室溫屈服強度均值提高了52MPa，均勻延伸率均值提高了0.9％；熱處理態室溫抗拉強度均值提高了87MPa，室溫屈服強度均值提高了78MPa，均勻延伸率均值提高了0.9％。ZTC4鈦合金強塑性的提高對拓展鈦合金的應用領域具有重大國民經濟意義。且本發明所采用的微量納米雙相顆粒強韌化ZTC4鈦合金，中間合金的制備成本低且制備過程中無需特殊的設備或者工藝，工廠環境下即可實現，可以進行大規模產業化生產。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種增強增韌納米顆粒的應用，旨在解決背景技術中提出的問題。

本發明實施例是這樣實現的，一種增韌納米顆粒在提高ZTC4鈦合金強度中的應用，其中，所述增韌納米顆粒包括納米TiC和納米TiB₂，且納米TiC和納米TiB₂的摩爾比為1:(1～3)。

本發明實施例的另一目的在于提供一種ZTC4鈦合金，其包括以下按照質量百分數計的組分：Al 5.5％～6.8％、V 3.5％～4.5％、Ti 88.4％～90.99％、增韌納米顆粒0.01％～0.3％，余量為雜質元素，各組分的質量百分數之和為100％；所述增韌納米顆粒包括納米TiC和納米TiB₂，且納米TiC和納米TiB₂的摩爾比為1:(1～3)。