[發(fā)明專利]一種高硬度鈦基復合材料及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111391176.0
• 申請日: 2021-11-23
• 公開（公告）號: CN114058902A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設計）人: 辛超;陳曦;趙婧;趙彬;吳金平;趙恒章;潘曉龍
• 申請（專利權）人: 西安稀有金屬材料研究院有限公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/03;C22F1/18
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務所 61213
• 代理人: 魏法祥

本發(fā)明公開了一種高硬度鈦基復合材料，該鈦基復合材料由以下質量百分數(shù)的成分組成：Al 4.5%~5.5%，Mo 5%~6%，V 3%~4%，Cr 1%~2%，F(xiàn)e 1%~2%，TiC 3%~5%，余量為Ti及不可避免的雜質；通過Al、Cr、Fe和Mo的固溶處理強化作用，使得TiC顆粒與Ti基體有良好的應力分解與應變協(xié)調，起到了硬化的作用。本發(fā)明還提供了高硬度鈦基復合材料的制備方法，將微米級TiC顆粒與原料進行非自耗真空電弧熔煉，然后依次進行均勻化、熱軋、固溶和時效，得到了高硬度鈦基復合材料，硬度可以達到50HRC以上，制備方法工藝簡單，在航天、軍工及民用等領域廣泛應用，顯著提高經濟效益。

技術領域

本發(fā)明屬于鈦基復合材料技術領域，具體涉及一種高硬度鈦基復合材料及其制備方法。

背景技術

鈦合金因其高的比強度、良好的機械性能、生物相容性以及耐腐蝕性能等而被廣泛應用于航空航天、武器裝備和醫(yī)療化工等領域。但隨著科學技術的進步，人們對鈦合金的性能提出了更高的要求，尤其體現(xiàn)在航空航天和武器裝備領域，減重和輕量化的需求日益明顯，用鈦合金來替換鋼和高溫合金等成為了鈦合金研發(fā)的重要方向。但鈦合金與鋼和高溫合金相比，在硬度上存在明顯的差距。現(xiàn)有的高強鈦合金硬度通常低于45 HRC，如TB2、Ti-15333、Ti-55531等，而高強鋼的硬度通常都大于50 HRC。這也極大地制約了用鈦合金實現(xiàn)輕量化的目標。

現(xiàn)有的研究都主要集中在提高鈦合金的屈服強度和抗拉強度，而關于高硬度鈦合金的研究較少，一定程度上阻礙了我國航空航天、武器裝備等工業(yè)的發(fā)展。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種高硬度鈦基復合材料。該高硬度鈦基復合材料通過Al，Mo，V，Cr，F(xiàn)e，TiC和Ti組成，其中的Al和Mo起到固溶處理強化效果提高了基體合金的強度和硬度，Cr和Fe利于C原子的擴散，促進TiC顆粒的均勻性，使得TiC顆粒與Ti基體有良好的應力分解與應變協(xié)調，而且在界面能夠形成大量的幾何必須位錯，起到了硬化的作用與效果，使本發(fā)明的鈦基復合材料的硬度達到50HRC以上。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種高硬度鈦基復合材料，其特征在于，該鈦基復合材料由以下質量百分數(shù)的成分組成：Al 4.5%~5.5%，Mo 5%~6%，V 3%~4%，Cr 1%~2%，F(xiàn)e 1%~2%，TiC 3%~5%，余量為Ti及不可避免的雜質。

本發(fā)明的高硬度鈦基復合材料中Al和Mo在Ti中有較大的固溶處理度，而且能夠起到很好的固溶處理強化效果，提高了基體合金的強度和硬度，Cr和Fe的加入會有利于C原子的擴散，促進TiC顆粒的均勻性，如果Ti基體強度與TiC顆粒的硬度差異大，會導致應力屏蔽和應變不匹配，容易開裂，從而失去高硬度的特點，而正是由于Al、Cr、Fe和Mo的固溶處理強化作用，使得TiC顆粒與Ti基體有良好的應力分解與應變協(xié)調，而且在界面能夠形成大量的幾何必須位錯，也起到了硬化的作用與效果。

上述的高硬度鈦基復合材料，其特征在于，該鈦基復合材料由以下質量百分含量的成分組成：Al 4.5%~5.0 %，Mo 5.6%~6%，V 3%~3.5%，Cr 1.5%~2%，F(xiàn)e 1.6%~2%，TiC 3.0%~4.0%，余量為Ti及不可避免的雜質。

另外，本發(fā)明提供了一種制備高硬度鈦基復合材料的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、將微米級TiC顆粒與海綿鈦顆粒混合均勻后用鋁箔密封包裹，得到合金包；

步驟二、將步驟一得到的合金包放置于非自耗真空電弧爐坩堝的底部，然后將Al-85V中間合金、Ti-32Mo中間合金、Ti-32Fe中間合金、電解鉻和鋁豆混合均勻后置于合金包上部，再進行非自耗真空電弧熔煉，得到鑄錠；

步驟三、將步驟二中得到的鑄錠進行均勻化處理，然后進行熱軋?zhí)幚恚玫綗彳堣T錠；

步驟四、將步驟三中得到的熱軋鑄錠依次進行固溶處理和時效處理，得到高硬度鈦基復合材料；所述高硬度鈦基復合材料的硬度大于50HRC。