[發(fā)明專利]基于微結(jié)構(gòu)主動(dòng)構(gòu)造型α/β雙相鈦合金材料及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011163586.5
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112359237B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范群波;王樂;周豫;彭異;姚佳昊;馬壯;王揚(yáng)衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)重慶創(chuàng)新中心;北京理工大學(xué)
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C14/00;B22F9/04;B22F1/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 劉小彬

本發(fā)明公開了基于微結(jié)構(gòu)主動(dòng)構(gòu)造型α/β雙相鈦合金材料及制備方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的制備方法采用(高塑性)α型鈦合金顆粒和(高強(qiáng)度)β型鈦合金顆粒為原料，通過球磨混合結(jié)合粉末冶金燒結(jié)方法主動(dòng)構(gòu)造出α/β雙相復(fù)合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)新型鈦合金材料的制備，大大提升了鈦合金材料的強(qiáng)度和韌性。本制備方法一方面有效克服了傳統(tǒng)方法制備鈦合金過程中α、β兩相無法主動(dòng)構(gòu)造的技術(shù)難題；另一方面通過發(fā)揮α、β兩相變形協(xié)調(diào)作用也有效解決了傳統(tǒng)方法制備的鈦合金強(qiáng)韌性不匹配等問題。本發(fā)明方法制備的新型微結(jié)構(gòu)主動(dòng)構(gòu)造型α/β雙相鈦合金材料兼顧高強(qiáng)度和高韌性等優(yōu)點(diǎn)，能夠更好的滿足航空航天等要求低密度高強(qiáng)高韌的高技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于微結(jié)構(gòu)主動(dòng)構(gòu)造型α/β雙相鈦合金材料及制備方法。

背景技術(shù)

鈦合金由于具有輕質(zhì)、比強(qiáng)度高、機(jī)械性能好和耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為航空航天技術(shù)領(lǐng)域和軍工領(lǐng)域重要結(jié)構(gòu)材料。鈦合金材料主要用于制造飛行設(shè)備中各種結(jié)構(gòu)部件以及軍用裝甲防護(hù)材料，其作用主要是承受各種載荷，包括靜態(tài)載荷和各種動(dòng)態(tài)載荷。因此，鈦合金結(jié)構(gòu)材料性能的好壞直接決定了航空航天設(shè)備以及裝甲防護(hù)裝備的使用壽命和安全性。

與此同時(shí)，隨著新一代航天器和裝甲設(shè)備對合金性能的不斷提高，要求結(jié)構(gòu)材料具有更高的強(qiáng)度和韌性(抗拉強(qiáng)度在1100～1300MPa以上，斷裂韌性在55MPa^1/2以上)。但是，傳統(tǒng)鈦合金，例如Ti-6Al-4V合金，其抗拉強(qiáng)度只有900～1000MPa左右，延伸率10％～15％左右，已經(jīng)不能滿足未來航天和軍用設(shè)備的服役要求。而大多數(shù)新型鈦合金既成本高昂又往往不能兼顧高強(qiáng)度和高韌性的匹配。因此，開發(fā)低成本高強(qiáng)鈦合金結(jié)構(gòu)材料具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

迄今為止，改善材料性能主要是通過調(diào)整材料的微觀組織(例如變形強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化等方法)來實(shí)現(xiàn)的。但上述傳統(tǒng)方法在提高材料強(qiáng)度的同時(shí)，會(huì)降低材料塑性和韌性。與此同時(shí)，近年來研究表明通過改變鈦合金中α相或β相(形態(tài)、尺寸或比例)，能夠?qū)崿F(xiàn)鈦合金高強(qiáng)度和高韌性的協(xié)同優(yōu)化。然而，在鈦合金全流程制備工藝過程中，對微觀組織的調(diào)控影響因素眾多且兩相由于元素?cái)U(kuò)散導(dǎo)致其性能差距并不大，很難單獨(dú)、主動(dòng)調(diào)控α、β單相的性能水平，無法充分發(fā)揮其高塑性與高強(qiáng)度的協(xié)同作用，故仍然比較“被動(dòng)”。

因此，提供一種能夠“主動(dòng)”調(diào)控α、β兩相的尺寸、形態(tài)、比例和分布等的鈦合金制備方法，充分發(fā)揮鈦合金中α相的高塑性和β相的高強(qiáng)度的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)對鈦合金中精細(xì)結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制，獲得兼顧高強(qiáng)度和高韌性的鈦合金結(jié)構(gòu)材料，則成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：提供一種基于微結(jié)構(gòu)主動(dòng)構(gòu)造型α/β雙相鈦合金材料的制備方法，解決了傳統(tǒng)方法制備鈦合金過程中α、β兩相無法主動(dòng)構(gòu)造的技術(shù)難題，通過充分發(fā)揮α、β兩相協(xié)調(diào)變形作用，解決了傳統(tǒng)方法制備的鈦合金強(qiáng)韌性不匹配等問題。

本發(fā)明還提供了上述制備方法制成的基于微結(jié)構(gòu)主動(dòng)構(gòu)造型α/β雙相鈦合金材料。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明所述的一種基于微結(jié)構(gòu)主動(dòng)構(gòu)造型α/β雙相鈦合金材料的制備方法，該方法以α型鈦合金顆粒和β型鈦合金顆粒為原料，進(jìn)行球磨混合，獲得混合均勻的混合顆粒；將所述混合顆粒裝進(jìn)模具壓制成型，再冶金燒結(jié)，得到主動(dòng)構(gòu)造型α/β雙相鈦合金材料。

本發(fā)明的部分實(shí)施方案中，所述α型鈦合金顆粒與β型鈦合金顆粒的質(zhì)量比為1:10-10:1；優(yōu)選地，所述α型鈦合金顆粒與β型鈦合金顆粒的質(zhì)量比為1:5-5:1；更優(yōu)選為1:3-2:1。

作為本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述α型鈦合金顆粒是Mo當(dāng)量小于4，以α相為主的鈦合金顆粒；優(yōu)選地，所述α型鈦合金顆粒包括TA1、TA2、TA3中的任意一種或幾種；優(yōu)選地，所述α型鈦合金顆粒的粒徑為0.05-1000μm。