CN112342436B - 一种纳米颗粒增强ztc4钛合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于钛合金技术领域，提供了一种纳米颗粒增强ZTC4钛合金及其制备方法。该增强纳米颗粒为纳米TiC颗粒，其可用于提高ZTC4钛合金强度。具体的该ZTC4钛合金包括以下按照质量百分数计的组分：Al 5.5％～6.8％、V 3.5％～4.5％、Ti 88.4％～90.99％、纳米TiC颗粒0.01％～0.3％，余量为杂质元素，各组分的质量百分数之和为100％。本发明通过在ZTC4钛合金中添加纳米TiC颗粒，使ZTC4钛合金的强度得到了意想不到的显著提高，且可以保证ZTC4钛合金延伸率不会发生较大的变化，其对于实现ZTC4钛合金在高强环境下的应用有重大意义。

Description

一种纳米颗粒增强ZTC4钛合金及其制备方法
技术领域
本发明属于钛合金技术领域，尤其涉及一种纳米颗粒增强ZTC4钛合金及其制备方法。
背景技术
近些年来，钛及钛合金引起了人们广泛的关注。目前而言，使用最多、发展最为成熟的商用钛合金为ZTC4(Ti-6Al-4V)。商用TC4由于其比强度高，耐腐蚀性好，广泛应用于近海海洋工业。采用铸造法制备ZTC4钛合金构件在近海海洋领域占有重要地位。铸造法可以制造形状复杂，尺寸精度高的钛合金构件。但是ZTC4钛合金的强度较低，达不到一些工况下应用的强度要求。一些强度较高的锻造TC4钛合金无法制造形状复杂的构件。因此需采用合理的强化手段使ZTC4钛合金强度达到更高的水平。商用TC4的一般强化方法为热处理强化：在相变点以上或以下40℃～100℃保温一定时间然后进行淬火处理，然后在480℃～600℃下进行时效处理，从而达到强化ZTC4钛合金的目的。本发明采用添加微量纳米颗粒强化TC4钛合金，该方法目前还未见报道，其是一种新型的极具创新性的钛合金强化手段。目前商用ZTC4钛合金的强度一般为820MPa，热处理后的商用ZTC4钛合金的钛合金的强度可达950MPa～1000MPa。添加纳米TiC的ZTC4合金室温抗拉强度均值提高了113MPa，室温屈服强度均值提高了121MPa；热处理态室温抗拉强度均值提高了138MPa，室温屈服强度均值提高了146MPa。添加纳米颗粒强化的ZTC4钛合金的强度达到了锻造钛合金甚至部分高强钛合金的强度水平，对于ZTC4钛合金的强化而言是一个巨大的突破。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种增强纳米颗粒在ZTC4钛合金中的应用，旨在解决背景技术中提出的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种增强纳米颗粒在ZTC4钛合金中的应用，其中，所述增强纳米颗粒为纳米TiC颗粒。
本发明实施例的另一目的在于提供一种ZTC4钛合金，其包括以下按照质量百分数计的组分：Al 5.5％～6.8％、V 3.5％～4.5％、Ti 88.4％～90.99％、纳米TiC颗粒0.01％～0.3％，余量为杂质元素，各组分的质量百分数之和为100％。
作为本发明实施例的一个优选方案，所述ZTC4钛合金包括以下按照质量百分数计的组分：Al 6％～6.5％、V 3.6％～4％、Ti 89.3％～90.35％、纳米TiC颗粒0.05％～0.2％，余量为杂质元素，各组分的质量百分数之和为100％。
本发明实施例的另一目的在于提供一种ZTC4钛合金的制备方法，其包括以下步骤：
按照上述各组分的质量百分数，称取Al、V、Ti以及含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金；
将Al、V、Ti进行混合，并置于真空环境下进行熔炼，得到熔融合金；
往熔融合金中添加含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金进行均匀化处理后，再进行浇注成型，得到纳米颗粒强化的ZTC4钛合金。
作为本发明实施例的另一个优选方案，熔炼的温度为1700～1750℃。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金的制备方法包括以下步骤：
将碳纳米管、铝粉和钛粉进行混合，得到合金粉末；
将合金粉末进行压制成型后，再置于850～950℃的温度下进行燃烧合成，得到所述含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述合金粉末中，碳纳米管与钛粉的摩尔比为1:1，碳纳米管与钛粉的总质量分数为20％～40％。
作为本发明实施例的另一个优选方案，上述制备方法还包括以下步骤：
将铸态的ZTC4钛合金置于1030～1100℃的温度下进行淬火处理后，再置于油中进行冷却，得到淬火处理后的ZTC4钛合金；
将淬火处理后的ZTC4钛合金置于500～550℃的温度下进行回火处理后，再置于空气中进行冷却，得到热处理态的ZTC4钛合金。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述制备方法制得的ZTC4钛合金。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述ZTC4钛合金在铸态时的抗拉强度为880～980MPa，屈服强度为732～877MPa；所述ZTC4钛合金在热处理态时的抗拉强度为1039～1190MPa，屈服强度为905～1105.5MPa。
本发明采用纳米颗粒强化ZTC4钛合金，在熔融状态下，加入纳米颗粒Al基中间合金，然后保温一定时间后进行浇注即可。采用专利ZL201110209567.6的方法制备中间合金已发展成熟。因而采用纳米颗粒强化ZTC4钛合金的方法简单易行，无需特别的制备手段，容易实现产业化。因此，采用纳米颗粒强化ZTC4钛合金具有重大的国民经济意义。
本发明实施例提供的一种ZTC4钛合金，通过添加纳米TiC颗粒可以显著提高ZTC4钛合金的抗拉强度和屈服强度，且可以保证ZTC4钛合金延伸率不会发生较大的变化，其对于实现ZTC4钛合金在高强环境下的应用有重大意义。
具体的，本发明内生纳米TiC颗粒原位大幅增强ZTC4钛合金是在TC4(Ti-6Al-4V)化学成分的基础上，添加现有技术中纳米TiC陶瓷颗粒制备的一种内生纳米TiC陶瓷颗粒原位增强ZTC4钛合金，其相比于现有的ZTC4钛合金具有更高的强度。另外，将该ZTC4钛合金进行高温淬火和回火处理后，还能进一步提高ZTC4钛合金的强度，其可以获得意想不到的效果。其中，加入0.01～0.3％质量百分数的纳米TiC颗粒的ZTC4钛合金与未加入纳米TiC颗粒的ZTC4钛合金相比：铸态合金室温抗拉强度强度提高了10.9％～34.7％，室温屈服强度提高了9.3％～38.4％；热处理态室温抗拉强度提高了7.3％～24.6％，室温屈服强度提高了14.3％～35％。
附图说明
图1为对比例1制得的ZTC4钛合金的金相图。
图2为实施例1制得的ZTC4钛合金的金相图。
图3为实施例2制得的ZTC4钛合金的金相图。
图4为实施例3制得的ZTC4钛合金的金相图。
图5为对比例2制得的ZTC4钛合金的金相图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
该实施例提供了一种ZTC4钛合金，其制备方法包括以下步骤：
S1、将碳纳米管和粒径为300目的钛粉按照1:1的摩尔比进行混合，得到混合料；接着，将混合料与粒径为500目的铝粉按照30:70的质量比置于球磨机中以50转/分钟的速度进行混合24h，得到合金粉末。
S2、将上述合金粉末置于铝箔中，压制成直径25mm，高35mm的圆柱压块后，再将压块放入石墨模具中，并将石墨模具置于真空加热炉中，以30℃/min的加热速度加热到900℃进行燃烧合成，并保温10min后，随炉冷却至室温，得到含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金，其中，纳米TiC颗粒的粒径为60～120nm。
S3、称取铝、钒、钛以及上述得到的含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金，并通过控制铝基中间合金的用量，使得体系中，Al的质量百分数为6.1％、V的质量百分数为3.66％、Ti的质量百分数为90.23％、纳米TiC颗粒的质量百分数为0.01％。
S4、将上述称取的铝、钒、钛进行混合，并置于真空环境下加热至1700℃进行熔炼，得到熔融合金。
S5、往上述熔融合金中添加上述称取的含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金进行均匀化处理10min后，再浇注到圆柱形石墨型中进行成型，得到纳米颗粒强化的ZTC4钛合金。
S6、将一部分上述铸态的ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时350℃的加热速度加热到1040℃进行淬火保温处理80min后，再置于淬火油中进行冷却至室温，得到淬火处理后的ZTC4钛合金。
S7、将上述淬火处理后的ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时350℃加热到500℃的温度下进行回火保温处理20小时后，再置于空气中进行冷却至室温，得到热处理态的ZTC4钛合金。
实施例2
该实施例提供了一种ZTC4钛合金，其制备方法包括以下步骤：
S1、将碳纳米管和粒径为300目的钛粉按照1:1的摩尔比进行混合，得到混合料；接着，将混合料与粒径为500目的铝粉按照30:70的质量比置于球磨机中以50转/分钟的速度进行混合24h，得到合金粉末。
S2、将上述合金粉末置于铝箔中，压制成直径25mm，高35mm的圆柱压块后，再将压块放入石墨模具中，并将石墨模具置于真空加热炉中，以30℃/min的加热速度加热到900℃进行燃烧合成，并保温10min后，随炉冷却至室温，得到含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金，其中，纳米TiC颗粒的粒径为60～120nm。
S3、称取铝、钒、钛以及上述得到的含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金，并通过控制铝基中间合金的用量，使得体系中，Al的质量百分数为6.1％、V的质量百分数为3.66％、Ti的质量百分数为90.14％、纳米TiC颗粒的质量百分数为0.1％。
S4、将上述称取的铝、钒、钛进行混合，并置于真空环境下加热至1700℃进行熔炼，得到熔融合金。
S5、往上述熔融合金中添加上述称取的含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金进行均匀化处理10min后，再浇注到圆柱形石墨型中进行成型，得到纳米颗粒强化的ZTC4钛合金。
S6、将一部分上述铸态的ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时350℃的加热速度加热到1040℃进行淬火保温处理80min后，再置于淬火油中进行冷却至室温，得到淬火处理后的ZTC4钛合金。
S7、将上述淬火处理后的ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时350℃加热到500℃的温度下进行回火保温处理20小时后，再置于空气中进行冷却至室温，得到热处理态的ZTC4钛合金。
实施例3
该实施例提供了一种ZTC4钛合金，其制备方法包括以下步骤：
S1、将碳纳米管和粒径为300目的钛粉按照1:1的摩尔比进行混合，得到混合料；接着，将混合料与粒径为500目的铝粉按照30:70的质量比置于球磨机中以50转/分钟的速度进行混合24h，得到合金粉末。
S2、将上述合金粉末置于铝箔中，压制成直径25mm，高35mm的圆柱压块后，再将压块放入石墨模具中，并将石墨模具置于真空加热炉中，以30℃/min的加热速度加热到900℃进行燃烧合成，并保温10min后，随炉冷却至室温，得到含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金，其中，纳米TiC颗粒的粒径为60～120nm。
S3、称取铝、钒、钛以及上述得到的含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金，并通过控制铝基中间合金的用量，使得体系中，Al的质量百分数为6.1％、V的质量百分数为3.66％、Ti的质量百分数为89.94％、纳米TiC颗粒的质量百分数为0.3％。
S4、将上述称取的铝、钒、钛进行混合，并置于真空环境下加热至1700℃进行熔炼，得到熔融合金。
S5、往上述熔融合金中添加上述称取的含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金进行均匀化处理10min后，再浇注到圆柱形石墨型中进行成型，得到纳米颗粒强化的ZTC4钛合金。
S6、将一部分上述纳米颗粒强化的ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时350℃的加热速度加热到1040℃进行淬火保温处理80min后，再置于淬火油中进行冷却至室温，得到淬火处理后的ZTC4钛合金。
S7、将上述淬火处理后的ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时350℃加热到500℃的温度下进行回火保温处理20小时后，再置于空气中进行冷却至室温，得到热处理态的ZTC4钛合金。
实施例4
该实施例提供了一种ZTC4钛合金，其制备方法包括以下步骤：
S1、将碳纳米管和粒径为300目的钛粉按照1:1的摩尔比进行混合，得到混合料；接着，将混合料与粒径为500目的铝粉按照20:80的质量比置于球磨机中以50转/分钟的速度进行混合24h，得到合金粉末。
S2、将上述合金粉末置于铝箔中，压制成直径25mm，高35mm的圆柱压块后，再将压块放入石墨模具中，并将石墨模具置于真空加热炉中，以30℃/min的加热速度加热到850℃进行进行燃烧合成，并保温10min后，随炉冷却至室温，得到含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金。
S3、称取铝、钒、钛以及上述得到的含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金，并通过控制铝基中间合金的用量，使得体系中，Al的质量百分数为5.5％、V的质量百分数为3.5％、Ti的质量百分数为90.99％、纳米TiC颗粒的质量百分数为0.01％。
S4、将上述称取的铝、钒、钛进行混合，并置于真空环境下加热至1700℃进行熔炼，得到熔融合金。
S5、往上述熔融合金中添加上述称取的含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金进行均匀化处理10min后，再浇注到圆柱形石墨型中进行成型，得到纳米颗粒强化的ZTC4钛合金。
S6、将一部分上述ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时300℃的加热速度加热到1030℃进行淬火保温处理80min后，再置于淬火油中进行冷却至室温，得到淬火处理后的ZTC4钛合金。
S7、将上述淬火处理后的ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时300℃加热到500℃的温度下进行回火保温处理20小时后，再置于空气中进行冷却至室温，得到热处理态的ZTC4钛合金。
实施例5
该实施例提供了一种ZTC4钛合金，其制备方法包括以下步骤：
S1、将碳纳米管和粒径为300目的钛粉按照1:1的摩尔比进行混合，得到混合料；接着，将混合料与粒径为500目的铝粉按照40:60的质量比置于球磨机中以50转/分钟的速度进行混合24h，得到合金粉末。
S2、将上述合金粉末置于铝箔中，压制成直径25mm，高35mm的圆柱压块后，再将压块放入石墨模具中，并将石墨模具置于真空加热炉中，以30℃/min的加热速度加热到950℃进行燃烧合成，并保温10min后，随炉冷却至室温，得到含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金。
S3、称取铝、钒、钛以及上述得到的含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金，并通过控制铝基中间合金的用量，使得体系中，Al的质量百分数为6.8％、V的质量百分数为4.5％、Ti的质量百分数为88.4％、纳米TiC颗粒的质量百分数为0.3％。
S4、将上述称取的铝、钒、钛进行混合，并置于真空环境下加热至1750℃进行熔炼，得到熔融合金。
S5、往上述熔融合金中添加上述称取的含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金进行均匀化处理10min后，再浇注到圆柱形石墨型中进行成型，得到铸态的ZTC4钛合金。
S6、将一部分上述铸态的ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时400℃的加热速度加热到1100℃进行淬火保温处理80min后，再置于淬火油中进行冷却至室温，得到淬火处理后的ZTC4钛合金。
S7、将上述淬火处理后的ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时400℃加热到550℃的温度下进行回火保温处理20小时后，再置于空气中进行冷却至室温，得到热处理态的ZTC4钛合金。
实施例6
该实施例提供了一种ZTC4钛合金，其制备方法包括以下步骤：
S1、将碳纳米管和粒径为300目的钛粉按照1:1的摩尔比进行混合，得到混合料；接着，将混合料与粒径为500目的铝粉按照30:70的质量比置于球磨机中以50转/分钟的速度进行混合24h，得到合金粉末。
S2、将上述合金粉末置于铝箔中，压制成直径25mm，高35mm的圆柱压块后，再将压块放入石墨模具中，并将石墨模具置于真空加热炉中，以30℃/min的加热速度加热到900℃进行燃烧合成，并保温10min后，随炉冷却至室温，得到含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金，其中，纳米TiC颗粒的粒径为60～120nm。
S3、称取铝、钒、钛以及上述得到的含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金，并通过控制铝基中间合金的用量，使得体系中，Al的质量百分数为6％、V的质量百分数为3.6％、Ti的质量百分数为90.35％、纳米TiC颗粒的质量百分数为0.05％。
S4、将上述称取的铝、钒、钛进行混合，并置于真空环境下加热至1720℃进行熔炼，得到熔融合金。
S5、往上述熔融合金中添加上述称取的含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金进行均匀化处理10min后，再浇注到圆柱形石墨型中进行成型，得到铸态的ZTC4钛合金。
S6、将一部分上述铸态的ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时350℃的加热速度加热到1080℃进行淬火保温处理80min后，再置于淬火油中进行冷却至室温，得到淬火处理后的ZTC4钛合金。
S7、将上述淬火处理后的ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时350℃加热到530℃的温度下进行回火保温处理20小时后，再置于空气中进行冷却至室温，得到热处理态的ZTC4钛合金。
实施例7
该实施例提供了一种ZTC4钛合金，其制备方法包括以下步骤：
S1、将碳纳米管和粒径为300目的钛粉按照1:1的摩尔比进行混合，得到混合料；接着，将混合料与粒径为500目的铝粉按照30:70的质量比置于球磨机中以50转/分钟的速度进行混合24h，得到合金粉末。
S2、将上述合金粉末置于铝箔中，压制成直径25mm，高35mm的圆柱压块后，再将压块放入石墨模具中，并将石墨模具置于真空加热炉中，以30℃/min的加热速度加热到900℃进行燃烧合成，并保温10min后，随炉冷却至室温，得到含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金，其中，纳米TiC颗粒的粒径为60～120nm。
S3、称取铝、钒、钛以及上述得到的含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金，并通过控制铝基中间合金的用量，使得体系中，Al的质量百分数为6.5％、V的质量百分数为4％、Ti的质量百分数为89.3％、纳米TiC颗粒的质量百分数为0.2％。
S4、将上述称取的铝、钒、钛进行混合，并置于真空环境下加热至1720℃进行熔炼，得到熔融合金。
S5、往上述熔融合金中添加上述称取的含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金进行均匀化处理10min后，再浇注到圆柱形石墨型中进行成型，得到铸态的ZTC4钛合金。
S6、将一部分上述铸态的ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时350℃的加热速度加热到1080℃进行淬火保温处理80min后，再置于淬火油中进行冷却至室温，得到淬火处理后的ZTC4钛合金。
S7、将上述淬火处理后的ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时350℃加热到530℃的温度下进行回火保温处理20小时后，再置于空气中进行冷却至室温，得到热处理态的ZTC4钛合金。
对比例1
该对比例提供了一种ZTC4钛合金，其制备方法包括以下步骤：
S1、称取铝、钒、钛，使得体系中，Al的质量百分数为6.1％、V的质量百分数为3.66％、Ti的质量百分数为90.24％。
S2、将上述称取的铝、钒、钛进行混合，并置于真空环境下加热至1700℃进行熔炼，得到熔融合金。
S3、将上述熔融合金浇注到圆柱形石墨型中进行成型，得到铸态的ZTC4钛合金。
S4、将一部分上述铸态的ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时350℃的加热速度加热到1040℃进行淬火保温处理80min后，再置于淬火油中进行冷却至室温，得到淬火处理后的ZTC4钛合金。
S5、将上述淬火处理后的ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时350℃加热到500℃的温度下进行回火保温处理20小时后，再置于空气中进行冷却至室温，得到热处理态的ZTC4钛合金。
对比例2
该对比例提供了一种ZTC4钛合金，其制备方法包括以下步骤：
S1、将碳纳米管和粒径为300目的钛粉按照1:1的摩尔比进行混合，得到混合料；接着，将混合料与粒径为500目的铝粉按照30:70的质量比置于球磨机中以50转/分钟的速度进行混合24h，得到合金粉末。
S2、将上述合金粉末置于铝箔中，压制成直径25mm，高35mm的圆柱压块后，再将压块放入石墨模具中，并将石墨模具置于真空加热炉中，以30℃/min的加热速度加热到900℃进行燃烧合成，并保温10min后，随炉冷却至室温，得到含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金，其中，纳米TiC颗粒的粒径为60～120nm。
S3、称取铝、钒、钛以及上述得到的含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金，并通过控制铝基中间合金的用量，使得体系中，Al的质量百分数为6.1％、V的质量百分数为3.66％、Ti的质量百分数为89.84％、纳米TiC颗粒的质量百分数为0.4％。
S4、将上述称取的铝、钒、钛进行混合，并置于真空环境下加热至1700℃进行熔炼，得到熔融合金。
S5、往上述熔融合金中添加上述称取的含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金进行均匀化处理10min后，再浇注到圆柱形石墨型中进行成型，得到纳米颗粒强化的ZTC4钛合金。
S6、将一部分上述ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时350℃的加热速度加热到1040℃进行淬火保温处理80min后，再置于淬火油中进行冷却至室温，得到淬火处理后的ZTC4钛合金。
S7、将上述淬火处理后的ZTC4钛合金置于真空气氛炉中，以每小时350℃加热到500℃的温度下进行回火保温处理20小时后，再置于空气中进行冷却至室温，得到热处理态的ZTC4钛合金。
实验例：
一、观察上述对比例1、实施例1～3、对比例2得到的ZTC4钛合金的金相组织，其得到的金相图分别图1～5所示。
二、在室温下，对上述对比例1、实施例1～3、对比例2得到的铸态的ZTC4钛合金和热处理态的ZTC4钛合金分别进行抗拉强度、屈服强度和延伸率测试，其测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002735023430000141
从表1可以看出，本发明实施例通过添加纳米TiC颗粒可以显著提高ZTC4钛合金的抗拉强度和屈服强度，且可以保证ZTC4钛合金延伸率不会发生较大的变化。具体的，加入0.01～0.3％质量百分数的纳米TiC颗粒的ZTC4钛合金与未加入纳米TiC颗粒的ZTC4钛合金相比：铸态合金室温抗拉强度强度提高了10.9％～34.7％，室温屈服强度提高了9.3％～38.4％；热处理态室温抗拉强度提高了7.3％～24.6％，室温屈服强度提高了14.3％～35％。由上述对比例2表明，加入0.4％质量百分数的纳米TiC颗粒的铸态和热处理态ZTC4钛合金的室温抗拉强度强度、屈服强度和延伸率均有所降低。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种ZTC4钛合金，其特征在于，包括以下按照质量百分数计的组分：Al 5.5％～6.8％、V 3.5％～4.5％、Ti 88.4％～90.99％、纳米TiC颗粒0.01％～0.3％，余量为杂质元素，各组分的质量百分数之和为100％；
所述的ZTC4钛合金的制备方法包括以下步骤：
按照上述各组分的质量百分数，称取Al、V、Ti以及含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金；
将Al、V、Ti进行混合，并置于真空环境下进行熔炼，得到熔融合金；
往熔融合金中添加含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金进行均匀化处理后，再进行浇注成型，得到铸态的ZTC4钛合金；
将铸态的ZTC4钛合金置于1030～1100℃的温度下进行保温处理后，再置于油中进行冷却，得到淬火处理后的ZTC4钛合金；
将淬火处理后的ZTC4钛合金置于500～550℃的温度下进行回火处理后，再置于空气中进行冷却，得到热处理态的ZTC4钛合金；
所述步骤中，熔炼的温度为1700～1750℃；
所述含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金的制备方法包括以下步骤：
将碳纳米管、铝粉和钛粉进行混合，得到合金粉末；
将合金粉末进行压制成型后，再置于850～950℃的温度下进行燃烧合成，得到所述含有纳米TiC颗粒的铝基中间合金。
2.根据权利要求1所述的一种ZTC4钛合金，其特征在于，所述ZTC4钛合金包括以下按照质量百分数计的组分：Al 6％～6.5％、V 3.6％～4％、Ti 89.3％～90.35％、纳米TiC颗粒0.05％～0.2％，余量为杂质元素，各组分的质量百分数之和为100％。
3.根据权利要求1所述的一种ZTC4钛合金，其特征在于，所述合金粉末中，碳纳米管与钛粉的摩尔比为1:1，碳纳米管与钛粉的总质量分数为20％～40％。
4.根据权利要求1所述的一种ZTC4钛合金，其特征在于，所述ZTC4钛合金在铸态时的抗拉强度为880～980MPa，屈服强度为732～877MPa；所述ZTC4钛合金在热处理态时的抗拉强度为1039～1190MPa，屈服强度为905～1105.5MPa；相比未添加纳米TiC的ZTC4合金，添加纳米TiC的ZTC4合金室温抗拉强度均值提高了113MPa，室温屈服强度均值提高了121MPa；热处理态室温抗拉强度均值提高了138MPa，室温屈服强度均值提高了146MPa。
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