[發明專利]一種原位自生TiB增強β鈦合金復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110270006.0
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113046591B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 周琳;劉運璽;付明杰;陳瑋;王富鑫
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/02;C22C14/00;C22C32/00;C22F1/18
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本發明涉及一種原位自生TiB增強β鈦合金復合材料，包括TiB和β鈦合金，其中，TiB的體積占比為1～2.5％，β鈦合金為Ti?5Al?5Mo?5V?3Cr?1Zr。本發明還涉及一種原位自生TiB增強β鈦合金復合材料的制備方法，包括：利用真空自耗電弧熔煉方法制備原位自生TiB增強β鈦合金Ti?55531復合材料鑄錠；對其進行多道次墩拔近等溫熱塑性變形開坯；對開坯鍛造坯料進行多道次墩拔近等溫熱塑性變形改鍛；對改鍛坯料進行多道次熱連軋，獲得鈦基復材坯料；對鈦基復材坯料進行固溶熱處理，對固溶態鍛坯進行時效熱處理，獲得TiB增強β鈦合金復合材料。該原位自生TiB增強β鈦合金復合材料及其制備方法的目的是解決如何實現β鈦合金的超高強度、高剛度與塑性的良好匹配的問題。

技術領域

本發明涉及金屬基復合材料技術領域，具體涉及一種原位自生TiB增強β鈦合金復合材料及其制備方法。

背景技術

鈦合金因具有密度低、比強度高、比剛度高、抗腐蝕性能優良、高溫抗蠕變性能好等一系列優點，在航空、航天等領域獲得了廣泛應用，成為先進飛機及發動機的主要結構材料之一。β鈦合金因具有優異的熱處理強化效應、較大的淬透深度、良好的冷熱加工性能及優良的斷裂韌性性能，是飛機外板、框架、連接件及緊固件等重要承力結構件的理想選材。近年來，在輕量化、長壽命、高可靠性等設計思想的指導下，新一代飛行器對綜合力學性能優良的輕質主承力結構提出了迫切需求，進而要求β鈦合金具有超高強度、高剛度性能，通過進一步減輕結構重量、優化結構設計達到新一代飛行器的減重、增效、降本目標。

目前，針對晶粒、析出相、位錯、孿晶等原生組織的調控，實現β鈦合金強度、剛度的提高往往伴隨著塑性的下降，當抗拉強度增加至1400MPa以上的超高強度水平，其塑性基本降低至6～7％以下，難以完全滿足航空主承力結構件的應用需求。鈦基復合材料通過向鈦或鈦合金基體中引入硬質增強體，通過綜合調控基體合金形貌及增強相特征，可有效結合鈦合金基體的良好塑性及增強體的高強度、高模量性能，實現鈦合金超高強度、高剛度與塑性的良好匹配。TiB作為一種難熔、硬質金屬陶瓷相，其兼具高比剛度、高比強度、化學穩定性良好、與鈦合金基體相容性好等優點，是鈦基復合材料增強相的最佳選擇之一。另外，原位自生方法通過基體組分間的化學反應實現增強相的制備，使得增強相與基體合金保持良好的界面結合，避免界面的氧化物污染，降低了界面產物對力學性能的有害影響。

然而，業界針對鈦基復合材料的研究均圍繞α、α+β鈦合金展開，鮮有以β鈦合金為基體的鈦基復合材料的相關報道，未對β鈦合金的力學性能潛力進行充分挖掘與開發。另外，β鈦合金塑性變形抗力較大，增強相TiB的引入進一步增大其塑性變形難度，使其更容易產生組織開裂、變形不均勻等缺陷，進而制約了該合金的發展與應用。

因此，發明人提供了一種原位自生TiB增強β鈦合金復合材料及其制備方法。

發明內容

(1)要解決的技術問題

本發明實施例提供了一種原位自生TiB增強β鈦合金復合材料及其制備方法，通過真空自耗電弧熔煉技術進行組織成分均勻的TiB/Ti-55531復合材料鑄錠的熔鑄法制備，基于Ti與TiB₂粉末的化學反應實現TiB增強相的原位自生，結合近等溫熱塑變形、熱連軋及固溶時效熱處理對其進行組織性能調控，解決了如何實現β鈦合金的超高強度、高剛度與塑性的良好匹配的技術問題。

(2)技術方案

本發明實施例的第一方面提供了一種原位自生TiB增強β鈦合金復合材料，包括TiB和β鈦合金，其中，所述TiB的體積占比為1～2.5％，所述β鈦合金為Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr。

進一步地，所述TiB的體積占比為2％。

本發明實施例的第二方面提供了一種原位自生TiB增強β鈦合金復合材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

利用真空自耗電弧熔煉方法制備原位自生TiB增強β鈦合金Ti-55531復合材料鑄錠；