CN102304643A - TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法 - Google Patents
TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102304643A CN102304643A CN 201110274793 CN201110274793A CN102304643A CN 102304643 A CN102304643 A CN 102304643A CN 201110274793 CN201110274793 CN 201110274793 CN 201110274793 A CN201110274793 A CN 201110274793A CN 102304643 A CN102304643 A CN 102304643A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tib
- temperature
- tic
- sheet material
- blank
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法，它涉及钛基复合材料板材的制备方法，本发明解决现有的TiC颗粒增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的拉伸性能在650℃以上急剧下降的问题。本方法：将按复合材料板材中TiC、TiB和Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si钛合金的体积百分比计算所需要的钛粉、二硼化钛、石墨粉末及其它材料，然后先将钛粉、二硼化钛和石墨粉末制成预制块，再将其与其它材料一同熔炼，得到铸锭，再经锻造、轧制和热处理之后，得到复合材料板材，材料在650℃时拉伸强度为810～890MPa；可用于航空航天领域。
Description
技术领域
本发明涉及增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法。
背景技术
随着航空航天技术以及汽车工业的飞速发展，各种新型飞行器的飞行距离和飞行速度的提高，对轻质、高强、耐热材料及其精密热成形技术提出了越来越高的要求。由于颗粒增强钛基复合材料具有许多突出优点，如：密度低，具有高的比强度和比弹性模量，在高温时仍可以保持足够高的强度和刚度等，这使其成为航天、航空及汽车用耐热结构型材极具竞争力的材料。目前，世界主要发达国家都在积极开展颗粒增强钛基复合材料板材的研究工作。板材制备技术是颗粒增强钛基复合材料重要研究方向之一，颗粒增强钛基复合材料板材在航空航天工业领域具有非常广泛的应用前景。现有的颗粒增强钛基复合材料板材都是采用单一增强体，如申请号为201010178675.7公开的TiC颗粒增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si高温钛合金复合材料板材，该材料的拉伸性能在650℃以上时急剧下降，在650℃时的拉伸性能为600～650MPa，在700℃时的拉伸性能为400～450MPa，而航空航天的应用背景要求钛基复合材料板材的拉伸强度在700℃应保持在500MPa以上。这在一定程度上限制了其应用范围。
发明内容
本发明是要解决现有的iC颗粒增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si高温钛合金复合材料板材的拉伸性能在650℃以上急剧下降的技术问题，而提供TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法。
本发明的TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法按以下步骤进行：一、按TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材中TiC颗粒的体积百分比为0.5％～12.5％、TiB颗粒的体积百分比为0.5％～12.5％、Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si钛合金的体积百分比为75％～99％计算并分别称取钛粉、石墨粉末、二硼化钛粉末和制备Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si钛合金的原料，其中钛粉与石墨粉末的摩尔比为2～6∶1，钛粉与二硼化钛粉末的摩尔比为2～6∶1；二、将经步骤一称取的钛粉、石墨粉末和二硼化钛粉末加入到混合机中混合均匀，然后再用冷等静压机将混合均匀的粉末在压力为200MPa～300MPa的条件下保压3min～10min，得到预制块；三、将经步骤一称取的制备Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si钛合金的原料和经步骤二制备的预制块加入到真空水冷铜坩埚感应熔炼炉中熔炼，然后随炉冷却，得到铸锭；四、将经步骤三得到的铸锭放入热等静压机中，在温度为900℃～1050℃、压力为100MPa～200MPa的条件下保持1h～3h后取出，然后从铸锭上切取坯料；五、将经步骤四得到的坯料放入温度为950℃～1100℃的加热炉中保持2h～4h后，将坯料进行开坯锻造，坯料的变形量为20％～80％，应变速率为10-2s-1～10s-1；接着再将坯料放入温度为950℃～1100℃的热处理炉中保持1h～3h后，再进行锻造，坯料的变形量为30％～80％，应变速率为10-2～10s-1，最后去掉坯料表面的氧化皮或夹杂缺陷，得到锻饼；六、将经步骤五得到的锻饼放入加热炉中，升温至950℃～1150℃后保持0.5h～6h，然后将锻饼放在热轧机上进行轧制，轧制压力为200T～800T，轧制温度为950℃～1150℃，轧制速度为0.1m/s～2m/s，经2～5道次轧制，轧制总的变形量为80％，任意两个道次间将锻饼置于温度为920℃～1150℃℃加热炉中保持10min～60min，得到板材；七、将经步骤六得到的板材放入温度为920℃～1150℃加热炉中并保持10min～30min，然后随炉冷却至200℃～600℃，再空冷至室温，得到TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材。
步骤一中所述的Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si钛合金按元素的质量百分比由80.5％～90.1％的Ti、5.5％～7％的Al、2％～4％的Sn、2％～4％的Zr、0.3％～4％的Mo和0.1％～0.5％的Si组成；
或者Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si钛合金按元素的质量百分比由79％～90％的Ti、5.5％～7％的Al、2％～4％的Sn、2％～4％的Zr、0.3％～4％的Mo、0.1％～0.5％的Si和0.1～1.5％的微量元素组成；其中微量元素是Cr、W、Nb、Fe和稀土元素中的一种或其中几中的组合。
钛合金的成分含量(质量)满足铝当量经验公式：Al*＝Al％+1/3Sn％+1/6Zr％+1/2Ga％+10[O]≤9％。
本发明采用钛粉、石墨粉末、二硼化钛(TiB2)粉末生成的TiC和TiB增强体均匀分布在高温钛合金基体中，由于长的TiB晶须和球状TiC颗粒在基体中，通过TiC的载荷传递强化、TiC的固溶强化、TiB和TiC增强体在复合材料拉伸时对高温钛合金基体滑移位错的阻力引起的位错强化及TiB和TiC增强体在复合材料板材轧制过程中造成的基体的细晶强化的作用，使得到的复合材料的室温拉伸性能1420MPa～1530MPa，延伸率为3～8％；650℃时拉伸强度可达810MPa～890MPa，延伸率为12.3～21.5％；700℃时拉伸强度在为520～560MPa，延伸率为15.4～34.2％。本方法制备的钛基复合板材具有优异的力学性能。
附图说明
图1是具体实施方式二十三制备的TiC 和TiB 混杂增强Ti-6Al-2.5Sn-4Zr-0.7Mo-0.3Si-0.3Y基复合材料板材的扫描电镜照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法按以下步骤进行：一、按TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材中TiC颗粒的体积百分比为0.5％～12.5％、TiB颗粒的体积百分比为0.5％～12.5％、Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si钛合金的体积百分比为75％～99％计算并分别称取钛粉、石墨粉末、二硼化钛粉末和制备Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si钛合金的原料，其中钛粉与石墨粉末的摩尔比为2～6∶1，钛粉与二硼化钛粉末的摩尔比为2～6∶1；二、将经步骤一称取的钛粉、石墨粉末和二硼化钛粉末加入到混合机中混合均匀，然后再用冷等静压机将混合均匀的粉末在压力为200MPa～300MPa的条件下保压3min～10min，得到预制块；三、将经步骤一称取的制备Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si钛合金的原料和经步骤二制备的预制块加入到真空水冷铜坩埚感应熔炼炉中熔炼，然后随炉冷却，得到铸锭；四、将经步骤三得到的铸锭放入热等静压机中，在温度为900℃～1050℃、压力为100MPa～200MPa的条件下保持1h～3h后取出，然后从铸锭上切取坯料；五、将经步骤四得到的坯料放入温度为950℃～1100℃的加热炉中保持2h～4h后，将坯料进行开坯锻造，坯料的变形量为20％～80％，应变速率为10-2s-1～10s-1；接着再将坯料放入温度为950℃～1100℃的热处理炉中保持1h～3h后，再进行锻造，坯料的变形量为30％～80％，应变速率为10-2～10s-1，最后去掉坯料表面的氧化皮或夹杂缺陷，得到锻饼；六、将经步骤五得到的锻饼放入加热炉中，升温至950℃～1150℃后保持0.5h～6h，然后将锻饼放在热轧机上进行轧制，轧制压力为200T～800T，轧制温度为950℃～1150℃，轧制速度为0.1m/s～2m/s，经2～5道次轧制，轧制总的变形量为80％，任意两个道次间将锻饼置于温度为920℃～1150℃℃加热炉中保持10min～60min，得到板材；七、将经步骤六得到的板材放入温度为920℃～1150℃加热炉中并保持10min～30min，然后随炉冷却至200℃～600℃，再空冷至室温，得到TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的钛粉的细度为300目～350目，石墨粉末的细度为2μm～5μm，二硼化钛粉末细度为2μm～5μm。其它步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的钛粉的细度为325目，石墨粉末的细度为3.5μm，二硼化钛粉末细度为3μm。其它步骤与参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述的混合机为V型混合机或球磨机。其它步骤与参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三中所述的熔炼过程为：将待熔炼的材料加入到真空水冷铜坩埚感应熔炼炉中，再将真空水冷铜坩埚感应熔炼炉中抽真空至真空度为3.0×10-3mbar～4.0×10-3mbar，然后开始熔炼，设置电源频率为5kHz～7kHz，电源功率以≤0.5kW/s的速率增加至255kW～350kW，然后保温min～10min，再将电源功率降至150kW～200kW保温6min～10min，即完成熔炼过程。其它步骤与参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三中所述的熔炼过程为：将待熔炼的材料加入到真空水冷铜坩埚感应熔炼炉中，再将真空水冷铜坩埚感应熔炼炉中抽真空至真空度为3.5×10-3mbar，然后开始熔炼，设置电源频率为6kHz，电源功率以0.3kW/s的速率增加至300kW，然后保温8min，再将电源功率降至180kW保温8min，即完成熔炼过程。其它步骤与参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中按TiC和TiB混杂增强Ti-A1-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材中TiC颗粒的体积百分比为1％～12％、TiB颗粒的体积百分比为1％～12％、Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si钛合金的体积百分比为76％～98％计算并分别称取钛粉、石墨粉末、二硼化钛粉末和制备Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si钛合金的原料，其中钛粉与石墨粉末的摩尔比为3～5∶1，钛粉与二硼化钛粉末的摩尔比为3～5∶1。其它步骤与参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中按TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材中TiC颗粒的体积百分比为8％、TiB颗粒的体积百分比为7％、Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si高温钛合金的体积百分比为85％计算并分别称取钛粉、石墨粉末、二硼化钛粉末和制备Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si钛合金的原料，其中钛粉与石墨粉末的摩尔比为4∶1，钛粉与二硼化钛粉末的摩尔比为4∶1。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤二中用冷等静压机将混合均匀的粉末在压力为220MPa～280MPa的条件下保压5min～8min，得到预制块。其它步骤与参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二中用冷等静压机将混合均匀的粉末在压力为250MPa的条件下保压7min，得到预制块。其它步骤与参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤四中铸锭放入热等静压机中，在温度为920℃～1030℃、压力为110MPa～180MPa的条件下保持1.5h～2.5h后取出。其它步骤与参数与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤四中铸锭放入热等静压机中，在温度为980℃、压力为150MPa的条件下保持2h后取出其它步骤与参数与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：步骤五中将坯料放入温度为960℃～1000℃的加热炉中保持2.5h～3.5h后，将坯料进行开坯锻造，坯料的变形量为30％～70％，应变速率为0.05s-1～5s-1。其它步骤与参数与具体实施方式一至十二之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：步骤五中将坯料放入温度为980℃的加热炉中保持3h后，将坯料进行开坯锻造，坯料的变形量为50％，应变速率为1s-1。其它步骤与参数与具体实施方式一至十二之一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是：步骤五中，开坯锻造之后，再将坯料放入温度为960℃～1000℃的热处理炉中保持1.5h～2.5h后，再进行锻造，坯料的变形量为35％～75％，应变速率为0.05s-1～5s-1。其它步骤与参数与具体实施方式一至十四之一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是：步骤五中，开坯锻造之后，再将坯料放入温度为990℃的热处理炉中保持2h后，再进行锻造，坯料的变形量为50％，应变速率为0.5s-1。其它步骤与参数与具体实施方式一至十四之一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一至十六之一不同的是：步骤六中将锻饼放入加热炉中，升温至960℃～1100℃后保持1h～5h，然后将锻饼放在热轧机上进行轧制。其它步骤与参数与具体实施方式一至十六之一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一至十六之一不同的是：步骤六中将锻饼放入加热炉中，升温至1000℃后保持3h，然后将锻材放在热轧机上进行轧制。其它步骤与参数与具体实施方式一至十六之一相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一至十八之一不同的是：步骤六中轧制的条件为：轧制压力为300T～700T，轧制温度为960℃～1100℃，轧制速度为0.3m/s～1.7m/s，经3～4道次轧制，任意两个道次间将锻饼置于温度为920℃～980℃加热炉中保持20min～50min。其它步骤与参数与具体实施方式一至十八之一相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一至十八之一不同的是：步骤六中轧制的条件为：轧制压力为500T，轧制温度为990℃，轧制速度为1m/s，任意两个道次间将锻饼置于温度为950℃加热炉中保持30min。其它步骤与参数与具体实施方式一至十八之一相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式一至二十之一不同的是：步骤七中将板材放入温度为950℃～1100℃加热炉中并保持15min～25min，然后随炉冷却至250℃～550℃。其它步骤与参数与具体实施方式一至二十之一相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式一至二十之一不同的是：步骤七中将板材放入温度为990℃加热炉中并保持20min，然后随炉冷却至300℃。其它步骤与参数与具体实施方式一至二十之一相同。
具体实施方式二十三：本实施方式的TiC和TiB混杂增强Ti-6Al-2.5Sn-4Zr-0.7Mo-0.3Si-0.3Y基复合材料板材的制备方法按以下步骤进行：一、按TiC和TiB混杂增强Ti-6Al-2.5Sn-4Zr-0.7Mo-0.3Si-0.3Y基复合材料板材中TiC颗粒的体积百分比为2％、TiB颗粒的体积百分比为3％、Ti-6Al-2.5Sn-4Zr-0.7Mo-0.3Si-0.3Y钛合金的体积百分比为80％计算并分别称取钛粉、石墨粉末、二硼化钛粉末、海绵钛、工业纯铝、纯锡、海绵锆、纯钼、铝钇中间合金和结晶硅，其中钛粉与石墨粉末的摩尔比为4∶1，钛粉与二硼化钛粉末的摩尔比为4∶1；二、将经步骤一称取的钛粉、石墨粉末和二硼化钛粉末加入到混合机中混合均匀，然后再用冷等静压机将混合均匀的粉末在压力为200MPa的条件下保压5min，得到预制块；三、将经步骤一称取的海绵钛、工业纯铝、纯锡、海绵锆、纯钼、铝钇中间合金、结晶硅和经步骤二制备的预制块加入到真空水冷铜坩埚感应熔炼炉中熔炼，然后随炉冷却，得到铸锭；四、将经步骤三得到的铸锭放入热等静压机中，在温度为950℃、压力为120MPa的条件下保持2h后取出，然后从铸锭上切取坯料；五、将经步骤四得到的坯料放入温度为1050℃的加热炉中保持3h后，将坯料进行开坯锻造，坯料的变形量为50％，应变速率为5s-1；接着再将坯料放入温度为850℃的热处理炉中保持1h后，再进行锻造，坯料的变形量为75％，应变速率为1s-1，最后去掉坯料表面的氧化皮或夹杂缺陷，得到锻饼；六、将经步骤五得到的锻饼放入加热炉中，升温至930℃后保持50min，然后将锻饼放在热轧机上进行轧制，轧制压力为400T，轧制温度为930℃，轧制速度为0.5m/s，经3道次轧制，轧制总的变形量为80％，任意两个道次间将锻饼置于温度为930℃加热炉中保持20min，得到板材；七、将经步骤六得到的板材放入温度为930℃加热炉中并保持10min，然后随炉冷却至500℃，再空冷至室温，得到TiC和TiB混杂增强Ti-6Al-2.5Sn-4Zr-0.7Mo-0.3Si-0.3Y基复合材料板材；步骤一中所述的Ti-6Al-2.5Sn-4Zr-0.7Mo-0.3Si-0.3Y钛合金按质量百分比由86.15％的Ti、6％的Al、2.5％的Sn、4％的Zr、0.7％的Mo、0.35％的Si和0.3％的Y元素组成。
步骤一中所述的钛粉的颗粒尺度为325目，石墨粉末颗粒尺度为2μm～5μm，二硼化钛粉末的粒径为2μm～5μm。
步骤一中海绵钛的纯度为99.9％(质量百分比)，工业纯铝的纯度为99.99％(质量百分比)，纯锡的纯度为99.9％(质量百分比)，海绵锆的纯度为99.9％(质量百分比)，结晶硅的纯度为99.99％(质量百分比)，纯钼的纯度为99.7％(质量百分比)。
步骤二中的混合机为V型混合机。
步骤三中所述的熔炼过程为：将待熔炼的材料加入到真空水冷铜坩埚感应熔炼炉中，再将真空水冷铜坩埚感应熔炼炉中抽真空至真空度为3.0×10-3mbar，然后开始熔炼，设置电源频率为7kHz，电源功率以0.3kW/s的速率增加至350kW，然后保温10min，再将电源功率降至200kW保温10min，即完成熔炼过程。
本实施方式制备的TiC和TiB混杂增强Ti-6Al-2.5Sn-4Zr-0.7Mo-0.3Si-0.3Y基复合材料板材显微组织图如图1所示。从图1中可以看出，复合材料板材的基体组织为等轴状α+β双态组织，α及β相并没有沿轧制方向拉长，说明轧制过程中发生了明显的再结晶。α晶粒尺寸在20μm以下，轧制后得到了明显的细化。另外，轧制变形后，增强相颗粒破碎并沿轧制方向均匀排布。其中TiC呈等轴状或近等轴状，TiB呈晶须状。可知，轧制后细小而均匀分布的增强体不但能大幅度提高复合材料的强度，而且能保持较高的塑性。
本实施方式制备的TiC和TiB混杂增强Ti-6Al-2.5Sn-4Zr-0.7Mo-0.3Si-0.3Y基复合材料板材在室温及高温均表现出优异的力学性能，室温抗拉强度为1450MPa，屈服强度为1279.5MPa，延伸率为4.1％，弹性模量为143.2GPa。650℃时的拉伸强度为830MPa，屈服强度为740.6MPa，延伸为13.4％；700℃时的拉伸强度为540.8MPa，屈服强度为485.9MPa，延伸为19.2％。可用于制造飞机、卫星、火箭等航空航天发动机耐热部件及蒙皮等，在航空航天、汽车工业等领域具有非常广泛的应用潜力。
具体实施方式二十四：本实施方式的TiC和TiB 混杂增强Ti-5.5Al-4Sn-4Zr-0.3Mo-1Nb-0.5Si基复合材料板材的制备方法按以下步骤进行：一、按TiC和TiB混杂增强Ti-5.5Al-4Sn-4Zr-0.3Mo-1Nb-0.5Si基复合材料板材中TiC颗粒的体积百分比为4％、TiB颗粒的体积百分比为4％、Ti-5.5Al-4Sn-4Zr-0.3Mo-1Nb-0.5Si钛合金的体积百分比为92％计算并分别称取钛粉、石墨粉末、二硼化钛粉末、海绵钛、工业纯铝、纯锡、海绵锆、纯钼、铝铌中间合金和结晶硅，其中钛粉与石墨粉末的摩尔比为4∶1，钛粉与二硼化钛粉末的摩尔比为4∶1；二、将经步骤一称取的钛粉、石墨粉末和二硼化钛粉末加入到混合机中混合均匀，然后再用冷等静压机将混合均匀的粉末在压力为200MPa的条件下保压5min，得到预制块；三、将经步骤一称取的海绵钛、工业纯铝、纯锡、海绵锆、纯钼、铝铌中间合金、结晶硅和经步骤二制备的预制块加入到真空水冷铜坩埚感应熔炼炉中熔炼，然后随炉冷却，得到铸锭；四、将经步骤三得到的铸锭放入热等静压机中，在温度为950℃、压力为120MPa的条件下保持2h后取出，然后从铸锭上切取坯料；五、将经步骤四得到的坯料放入温度为1050℃的加热炉中保持3h后，将坯料进行开坯锻造，坯料的变形量为50％，应变速率为0.05s-1；接着再将坯料放入温度为1050℃的热处理炉中保持1h后，再进行锻造，坯料的变形量为75％，应变速率为0.02s-1，最后去掉坯料表面的氧化皮或夹杂缺陷，得到锻饼；六、将经步骤五得到的锻饼放入加热炉中，升温至1000℃后保持50min，然后将锻饼放在热轧机上进行轧制，轧制压力为400T，轧制温度为1000℃，轧制速度为0.5m/s，经3道次轧制，轧制总的变形量为80％，任意两个道次间将锻饼置于温度为1000℃加热炉中保持20min，得到板材；七、将经步骤六得到的板材放入温度为1000℃加热炉中并保持10min，然后随炉冷却至500℃，再空冷至室温，得到TiC和TiB混杂增强Ti-5.5Al-4Sn-4Zr-0.3Mo-1Nb-0.5Si 基复合材料板材；步骤一中所述的Ti-5.5Al-4Sn-4Zr-0.3Mo-1Nb-0.5Si钛合金按质量百分比由84.7％的Ti、5.5％的Al、4％的Sn、4％的Zr、0.3％的Mo、0.5％的Si和1％的Nb元素组成。
本实施方式制备的TiC和TiB混杂增强Ti-5.5Al-4Sn-4Zr-0.3Mo-1Nb-0.5Si基复合材料板材在室温及高温均表现出优异的力学性能，室温抗拉强度为1380MPa，屈服强度为1290.5MPa，延伸率为3.8％，弹性模量为145.7GPa。650℃时的拉伸强度为838MPa，屈服强度为760.1MPa，延伸为15.4％；700℃时的拉伸强度为550.3MPa，屈服强度为479.7MPa，延伸为17.9％。可用于制造飞机、卫星、火箭等航空航天发动机耐热部件及蒙皮等，在航空航天、汽车工业等领域具有非常广泛的应用潜力。
Claims (10)
1.TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法，其特征在于TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法按以下步骤进行：一、按TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si钛合金复合板材中TiC颗粒的体积百分比为0.5％～12.5％、TiB颗粒的体积百分比为0.5％～12.5％、Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si钛合金的体积百分比为75％～99％计算并分别称取钛粉、石墨粉末、二硼化钛粉末、海绵钛、工业纯铝、纯锡、海绵锆、纯钼和结晶硅，其中钛粉与石墨粉末的摩尔比为2～6∶1，钛粉与二硼化钛粉末的摩尔比为2～6∶1；二、将经步骤一称取的钛粉、石墨粉末和二硼化钛粉末加入到混合机中混合均匀，然后再用冷等静压机将混合均匀的粉末在压力为200MPa～300MPa的条件下保压3min～10min，得到预制块；三、将经步骤一称取的海绵钛、工业纯铝、纯锡、海绵锆、纯钼、结晶硅和经步骤二制备的预制块加入到真空水冷铜坩埚感应熔炼炉中熔炼，然后随炉冷却，得到铸锭；四、将经步骤三得到的铸锭放入热等静压机中，在温度为900℃～1050℃、压力为100MPa～200MPa的条件下保持1h～3h后取出，然后从铸锭上切取坯料；五、将经步骤四得到的坯料放入温度为950℃～1100℃的加热炉中保持2h～4h后，将坯料进行开坯锻造，坯料的变形量为20％～80％，应变速率为10-2s-1～10s-1；接着再将坯料放入温度为950℃～1100℃的热处理炉中保持1h～3h后，再进行锻造，坯料的变形量为30％～80％，应变速率为10-2～10s-1，最后去掉坯料表面的氧化皮或夹杂缺陷，得到锻饼；六、将经步骤五得到的锻饼放入加热炉中，升温至950℃～1150℃后保持0.5h～6h，然后将锻饼放在热轧机上进行轧制，轧制压力为200T～800T，轧制温度为950℃～1150℃，轧制速度为0.1m/s～2m/s，经2～5道次轧制，轧制总的变形量为80％，任意两个道次间将锻饼置于温度为920℃～1150℃℃加热炉中保持10min～60min，得到板材；七、将经步骤六得到的板材放入温度为920℃～1150℃加热炉中并保持10min～30min，然后随炉冷却至200℃～600℃，再空冷至室温，得到TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材；步骤一中所述的Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si高温钛合金为按元素的质量百分比由80.5％～90.1％的Ti、5.5％～7％的Al、2％～4％的Sn、2％～4％的Zr、0.3％～4％的Mo和0.1％～0.5％的Si组成。
2.根据权利要求1所述的TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤二中所述的混合机为V型混合机或球磨机。
3.根据权利要求1或2所述的TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤三中所述的熔炼过程为：将待熔炼的材料加入到真空水冷铜坩埚感应熔炼炉中，再将真空水冷铜坩埚感应熔炼炉中抽真空至真空度为3.0×10-3mbar～4.0×10-3mbar，然后开始熔炼，设置电源频率为5kHz～7kHz，电源功率以≤0.5kW/s的速率增加至255kW～350kW，然后保温5min～10min，再将电源功率降至150kW～200kW保温6min～10min，即完成熔炼过程。
4.根据权利要求1或2所述的TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤二中用冷等静压机将混合均匀的粉末在压力为220MPa～280MPa的条件下保压5min～8min，得到预制块。
5.根据权利要求1或2所述的TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤四中铸锭放入热等静压机中，在温度为920℃～1030℃、压力为110MPa～180MPa的条件下保持1.5h～2.5h后取出。
6.根据权利要求1或2所述的TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤五中将坯料放入温度为960℃～1050℃的加热炉中保持2.5h～3.5h后，将坯料进行开坯锻造，坯料的变形量为30％～70％，应变速率为0.05s-1～5s-1。
7.根据权利要求1或2所述的TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤五中，开坯锻造之后，再将坯料放入温度为960℃～1000℃的热处理炉中保持1.5h～2.5h后，再进行锻造，坯料的变形量为35％～75％，应变速率为0.05s-1～5s-1。
8.根据权利要求1或2所述的TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤六中将锻饼放入加热炉中，升温至960℃～1100℃后保持1h～5h，然后将锻饼放在热轧机上进行轧制。
9.根据权利要求1或2所述的TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤六中轧制的条件为：轧制压力为300T～700T，轧制温度为960℃～1100℃，轧制速度为0.3m/s～1.7m/s，经3～4道次轧制，任意两个道次间将锻饼置于温度为920℃～980℃加热炉中保持20min～50min。
10.根据权利要求1或2所述的TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤七中将板材放入温度为950℃～1100℃加热炉中并保持15min～25min，然后随炉冷却至250℃～550℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110274793 CN102304643A (zh) | 2011-09-16 | 2011-09-16 | TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110274793 CN102304643A (zh) | 2011-09-16 | 2011-09-16 | TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102304643A true CN102304643A (zh) | 2012-01-04 |
Family
ID=45378556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201110274793 Pending CN102304643A (zh) | 2011-09-16 | 2011-09-16 | TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102304643A (zh) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102671936A (zh) * | 2012-05-24 | 2012-09-19 | 哈尔滨工业大学 | TiC增强Ti-6Al-4V复合材料板材的方法 |
| CN102729575A (zh) * | 2012-07-25 | 2012-10-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种TiAl基层状复合材料板的制备方法 |
| CN102851541A (zh) * | 2012-09-27 | 2013-01-02 | 苏州东海玻璃模具有限公司 | 原位合成TiC颗粒增强钛-铝-钼-硅合金材料及其制备方法 |
| CN105463222A (zh) * | 2015-12-01 | 2016-04-06 | 太原理工大学 | 一种原位自生TiC-Ti5Si3颗粒增强钛基复合材料的制备方法 |
| CN105925844A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-09-07 | 太原理工大学 | 一种微纳双尺度颗粒增强钛基复合材料及其制备方法 |
| CN107523709A (zh) * | 2017-08-03 | 2017-12-29 | 西安理工大学 | 一种制备原位TiB2颗粒和TiB晶须混杂增强Cu基复合材料的方法 |
| CN109689905A (zh) * | 2016-08-04 | 2019-04-26 | 伟尔矿物澳大利亚私人有限公司 | 金属基体复合材料铸件 |
| CN109777988A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-21 | 盐城工业职业技术学院 | 一种强韧钛合金及其制备方法 |
| CN110218957A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-09-10 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种钛基复合材料控制晶须特征的方法 |
| CN110284089A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-09-27 | 上海交通大学 | 一种微/纳颗粒增强钛基复合材料的等温超塑性变形方法 |
| CN110923589A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-03-27 | 中国科学院金属研究所 | 一种用于700~750℃的短纤维增强高温钛合金Ti-101AM |
| CN111020414A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-04-17 | 中国科学院金属研究所 | 一种用于700~750℃的短纤维增强高温钛合金棒材的制备方法 |
| CN111172425A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-05-19 | 中南大学 | 一种高硅高温钛合金及其制备方法 |
| CN111961900A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-11-20 | 济南大学 | 一种新型钛铝基复合材料及其制备方法 |
| CN112795811A (zh) * | 2019-11-13 | 2021-05-14 | 新疆大学 | 一种以多晶多相强化的耐热钛合金及其制备方法 |
| CN117400603A (zh) * | 2023-12-13 | 2024-01-16 | 内蒙金属材料研究所 | 一种抗高速冲击叠层钛合金板材及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101306501A (zh) * | 2008-07-07 | 2008-11-19 | 盐城市鑫洋电热合金厂 | 一种高强度Ti6Al4V双相增强复合材料的制备方法 |
| CN101850503A (zh) * | 2010-05-21 | 2010-10-06 | 哈尔滨工业大学 | TiC颗粒增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si高温钛合金复合材料板材的制备方法 |
-
2011
- 2011-09-16 CN CN 201110274793 patent/CN102304643A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101306501A (zh) * | 2008-07-07 | 2008-11-19 | 盐城市鑫洋电热合金厂 | 一种高强度Ti6Al4V双相增强复合材料的制备方法 |
| CN101850503A (zh) * | 2010-05-21 | 2010-10-06 | 哈尔滨工业大学 | TiC颗粒增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si高温钛合金复合材料板材的制备方法 |
Cited By (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102671936A (zh) * | 2012-05-24 | 2012-09-19 | 哈尔滨工业大学 | TiC增强Ti-6Al-4V复合材料板材的方法 |
| CN102729575A (zh) * | 2012-07-25 | 2012-10-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种TiAl基层状复合材料板的制备方法 |
| CN102729575B (zh) * | 2012-07-25 | 2014-08-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种TiAl基层状复合材料板的制备方法 |
| CN102851541A (zh) * | 2012-09-27 | 2013-01-02 | 苏州东海玻璃模具有限公司 | 原位合成TiC颗粒增强钛-铝-钼-硅合金材料及其制备方法 |
| CN105463222A (zh) * | 2015-12-01 | 2016-04-06 | 太原理工大学 | 一种原位自生TiC-Ti5Si3颗粒增强钛基复合材料的制备方法 |
| CN105925844B (zh) * | 2016-06-08 | 2017-08-29 | 太原理工大学 | 一种微纳双尺度颗粒增强钛基复合材料及其制备方法 |
| CN105925844A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-09-07 | 太原理工大学 | 一种微纳双尺度颗粒增强钛基复合材料及其制备方法 |
| CN109689905A (zh) * | 2016-08-04 | 2019-04-26 | 伟尔矿物澳大利亚私人有限公司 | 金属基体复合材料铸件 |
| CN107523709A (zh) * | 2017-08-03 | 2017-12-29 | 西安理工大学 | 一种制备原位TiB2颗粒和TiB晶须混杂增强Cu基复合材料的方法 |
| CN107523709B (zh) * | 2017-08-03 | 2019-05-14 | 西安理工大学 | 一种制备原位TiB2颗粒和TiB晶须混杂增强Cu基复合材料的方法 |
| CN109777988A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-21 | 盐城工业职业技术学院 | 一种强韧钛合金及其制备方法 |
| CN110218957B (zh) * | 2019-05-15 | 2022-02-08 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种钛基复合材料控制晶须特征的方法 |
| CN110218957A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-09-10 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种钛基复合材料控制晶须特征的方法 |
| CN110284089A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-09-27 | 上海交通大学 | 一种微/纳颗粒增强钛基复合材料的等温超塑性变形方法 |
| CN110284089B (zh) * | 2019-07-31 | 2020-07-14 | 上海交通大学 | 一种微/纳颗粒增强钛基复合材料的等温超塑性变形方法 |
| CN112795811A (zh) * | 2019-11-13 | 2021-05-14 | 新疆大学 | 一种以多晶多相强化的耐热钛合金及其制备方法 |
| CN111020414A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-04-17 | 中国科学院金属研究所 | 一种用于700~750℃的短纤维增强高温钛合金棒材的制备方法 |
| CN111020414B (zh) * | 2019-11-26 | 2021-11-09 | 中国科学院金属研究所 | 一种用于700～750℃的短纤维增强高温钛合金棒材的制备方法 |
| CN110923589B (zh) * | 2019-11-26 | 2021-12-17 | 中国科学院金属研究所 | 一种用于700～750℃的短纤维增强高温钛合金Ti-101AM |
| CN110923589A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-03-27 | 中国科学院金属研究所 | 一种用于700~750℃的短纤维增强高温钛合金Ti-101AM |
| CN111172425A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-05-19 | 中南大学 | 一种高硅高温钛合金及其制备方法 |
| CN111172425B (zh) * | 2020-01-20 | 2021-07-27 | 中南大学 | 一种高硅高温钛合金及其制备方法 |
| CN111961900A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-11-20 | 济南大学 | 一种新型钛铝基复合材料及其制备方法 |
| CN117400603A (zh) * | 2023-12-13 | 2024-01-16 | 内蒙金属材料研究所 | 一种抗高速冲击叠层钛合金板材及其制备方法 |
| CN117400603B (zh) * | 2023-12-13 | 2024-02-09 | 内蒙金属材料研究所 | 一种抗高速冲击叠层钛合金板材及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102304643A (zh) | TiC和TiB混杂增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法 | |
| CN111996426B (zh) | 一种高强Al-Cu-Mg-Mn铝合金及其制备方法 | |
| IJ | Recent developments in light alloys | |
| WO2019085183A1 (zh) | 制造钛及钛合金冶金制品的方法 | |
| CN108300918B (zh) | 一种具有高室温成形性能含钙稀土镁合金板材及制备方法 | |
| CN112593131B (zh) | 一种高强高塑高屈强比镁锂合金及其制备方法和应用 | |
| CN101850503B (zh) | TiC颗粒增强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si高温钛合金复合材料板材的制备方法 | |
| US20220388049A1 (en) | ROLLED (FeCoNiCrRn/Al)-2024Al COMPOSITE PANEL AND FABRICATION METHOD THEREOF | |
| CN101935776B (zh) | 一种β钛合金材料及其制备方法 | |
| CN102212766A (zh) | 一种细化Ti2AlNb基合金晶粒的热加工方法 | |
| CN111996425B (zh) | 一种高强Al-Zn-Mg-Cu铝合金及其制备方法 | |
| CN101880793A (zh) | TiB2/TiAl复合材料板材及其制备方法 | |
| CN112322933A (zh) | 一种高性能近α高温钛合金及其粉末冶金制备方法 | |
| CN106521238A (zh) | 含纳米Y2O3的细晶高强TiAl合金及其制备方法 | |
| CN104264012A (zh) | 一种含钼高铌β型γ-TiAl合金铸锭及其制备方法 | |
| CN109536803B (zh) | 一种高延展性低稀土镁合金板材及其制备方法 | |
| CN102628132B (zh) | 一种镁锂合金低温超塑性材料及其制备工艺 | |
| CN108998711A (zh) | 一种高强韧变形镁锂合金及其制备方法 | |
| CN115125423B (zh) | 一种高强高成形性镁锂合金及其制备方法和应用 | |
| CN115612876B (zh) | 一种β型钛合金板材的制备方法 | |
| CN109913731B (zh) | 一种高强韧Ti-Al系金属间化合物及其制备方法 | |
| CN107034384A (zh) | 一种热变形加工能力优异的低成本钛铝基合金 | |
| CN114540686B (zh) | 一种多元微合金化高强高模双相镁锂合金及其制备方法 | |
| CN115449729A (zh) | 一种阶段式促进六系铝陶材料再结晶和晶粒细化的制备方法及其制得的铝基复合薄片 | |
| CN108165780B (zh) | 一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120104 |