CN114589307B - 一种高硬度钛合金复合板材及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高硬度钛合金复合板材及其制备方法和应用，涉及钛合金板材技术领域。本发明将近β型或β型钛合金复合在硬度高的钛镍铬合金表面，大幅度提高了高硬度钛合金复合板材的韧性，实现了韧度和硬度的良好结合。本发明制备的高硬度钛合金复合板材耐磨性好、耐腐蚀性强、比强度高。本发明采用粉末烧结+轧制的方法实现了高硬度Ti‑Ni系金属间化合物复合板材的制备，同时也避免了采用传统加工方法制备Ti‑Ni系金属间化合物时出现的难加工问题，制备工艺简单，易于工业化生产。

Description

一种高硬度钛合金复合板材及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及钛合金板材技术领域，具体涉及一种高硬度钛合金复合板材及其制备方法和应用。
背景技术
刀具是生活中必不可少的一种工具，目前市场上的刀具大部分都是碳钢、不锈钢、陶瓷等制备的。随着科技的进步，钛合金因具有优异的性能，如耐腐蚀性、比强度高、抗氧化性等，在日用品中也有了大量的应用，但是目前常规钛合金的硬度HRC值小于50，且普遍存在耐磨性能差的缺点，这极大限制了钛合金在刀具方面的应用。
TiNi60合金具有高强度、高硬度，硬度HRC值可达58～62，若在TiNi60合金中添加Cr元素，可进一步提高合金的硬度、耐磨性等。该合金的硬度可以满足刀具的要求，但其韧度不够，而刀具的性能取决于刀刃的硬度和韧度的匹配程度，两者需要达到合理的平衡点，因此单一的Ti-Ni系高硬度钛合金也无法满足刀具的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高硬度钛合金复合板材及其制备方法和应用，本发明制备的高硬度钛合金复合板材具有较高的硬度和韧性，适用于制备刀具。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种高硬度钛合金复合板材的制备方法，包括以下步骤：
将原料粉体进行压制，得到预制块坯体；按照质量百分比计，所述原料粉体的组成为：Ni 60～65％，Cr 5～10％，余量为Ti；
将所述预制块坯体进行真空烧结，得到坯体；
将所述坯体密封于金属壳体内，得到金属坯；所述金属壳体为近β型或β型钛合金；
将所述金属坯进行热等静压，得到半成品板坯；
将所述半成品板坯进行热轧，得到热轧板；
将所述热轧板依次进行固溶处理和时效处理，得到高硬度钛合金复合板材。
优选地，所述原料粉体包括镍粉、铬粉和钛粉的混合粉体、钛粉和镍铬合金粉的混合粉体或钛镍铬合金粉。
优选地，所述真空烧结为两阶段真空烧结或一阶段真空烧结；
所述两阶段真空烧结包括依次进行的一段烧结和二段烧结；所述一段烧结的温度为500～600℃；所述一段烧结的保温时间为1～2h；所述二段烧结的温度为880～940℃；所述二段烧结的保温时间为2～4h；
所述一阶段真空烧结的温度为880～940℃；所述一阶段真空烧结的保温时间为1～2h。
优选地，所述金属壳体的厚度为15～20mm。
优选地，所述热等静压的温度为880～940℃，保温时间为2～4h，所述热等静压的压力为120～200MPa。
优选地，所述热轧的次数为两次以上；每次热轧的加热温度为880～940℃，保温时间为(H+10～H+50)min，H为轧制坯料厚度之和，单位为mm。
优选地，所述每次热轧的变形量为60～85％。
优选地，所述固溶处理的温度为850～900℃，保温时间为1～1.5h；所述时效处理的温度为400～450℃，保温时间为2～6h。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的高硬度钛合金复合板材，包括钛镍铬合金以及包覆在所述钛镍铬合金表面的金属壳体；所述金属壳体为近β型或β型钛合金。
本发明提供了上述技术方案所述高硬度钛合金复合板材在制备刀具中的应用。
本发明提供了一种高硬度钛合金复合板材的制备方法，本发明将近β型或β型钛合金复合在硬度高的钛镍铬合金表面，大幅度提高了高硬度钛合金复合板材的韧性，实现了韧度和硬度的良好结合。本发明制备的高硬度钛合金复合板材耐磨性好、耐腐蚀性强、比强度高。本发明采用粉末烧结+轧制的方法实现了高硬度Ti-Ni系金属间化合物复合板材的制备，同时也避免了采用传统加工方法制备Ti-Ni系金属间化合物时出现的难加工问题，制备工艺简单，易于工业化生产。
具体实施方式
本发明提供了一种高硬度钛合金复合板材的制备方法，包括以下步骤：
将原料粉体进行压制，得到预制块坯体；按照质量百分比计，所述原料粉体的组成为：Ni 60～65％，Cr 5～10％，余量为Ti；
将所述预制块坯体进行真空烧结，得到坯体；
将所述坯体密封于金属壳体内，得到金属坯；所述金属壳体为近β型或β型钛合金；
将所述金属坯进行热等静压，得到半成品板坯；
将所述半成品板坯进行热轧，得到热轧板；
将所述热轧板依次进行固溶处理和时效处理，得到高硬度钛合金复合板材。
本发明将原料粉体进行压制，得到预制块坯体。在本发明中，按照质量百分比计，所述原料粉体的组成为：Ni 60～65％，Cr 5～10％，余量为Ti；所述原料粉体的组成优选为：Ni 62～64％，Cr 6～8％，余量为Ti。在本发明中，所述原料粉体优选还包括不可避免的杂质。在本发明中，所述原料粉体优选包括镍粉、铬粉和钛粉的混合粉体、钛粉和镍铬合金粉的混合粉体或钛镍铬合金粉。在本发明中，所述原料粉体的混合优选在V型混料机中进行；所述混合的时间优选为2～2.5h；所述混合的转速优选为260～300r/min。
在本发明中，所述钛粉优选为氢化脱氢钛粉、气雾化法制备的钛粉或等离子旋转电极法制备的钛粉；所述镍铬合金粉优选为气雾化法制备的镍铬合金粉或等离子旋转电极法制备的镍铬合金粉；所述钛镍铬合金粉优选为气雾化法制备的钛镍铬合金粉。
在本发明中，所述压制优选为冷压。在本发明中，所述压制的温度优选为20～25℃；所述压制的压力优选为150～200MPa；保压时间优选为3～5min。本发明优选在所述压制后自然降压，得到预制块坯体。
得到预制块坯体后，本发明将所述预制块坯体进行真空烧结，得到坯体。在本发明中，所述真空烧结优选为两阶段真空烧结或一阶段真空烧结。在本发明中，所述两阶段真空烧结优选包括依次进行的一段烧结和二段烧结；所述一段烧结的温度优选为500～600℃，更优选为550℃；所述一段烧结的保温时间优选为1～2h，更优选为1.5h；所述二段烧结的温度优选为880～940℃，更优选为900℃；所述二段烧结的保温时间优选为2～4h，更优选为3h。在本发明中，由室温升温至所述一段烧结的温度的升温速率优选为20～30℃/min；由所述一段烧结的温度升温至所述二段烧结的温度的升温速率优选为10～20℃/min。本发明优选在所述二段烧结后随炉自然冷却到室温。
在本发明中，当所述原料粉体为镍粉、铬粉和钛粉的混合粉体或钛粉和镍铬合金粉的混合粉体时，优选采用两阶段真空烧结。本发明采用两阶段真空烧结能够使各元素扩散更均匀。
在本发明中，所述一阶段真空烧结的温度优选为880～940℃，更优选为900～920℃；所述一阶段真空烧结的保温时间优选为1～2h，更优选为1.5h。本发明优选在所述保温结束后随炉自然冷却到室温。在本发明中，当所述原料粉体为钛镍铬合金粉时，优选采用一阶段真空烧结。
在本发明中，所述真空烧结优选在真空烧结炉中进行。
在本发明中，所述坯体的厚度优选为10～15mm，更优选为12～14mm。
得到坯体后，本发明将所述坯体密封于金属壳体内，得到金属坯。在本发明中，所述金属壳体为近β型或β型钛合金，更优选为TB11钛合金、TB2钛合金或TB6钛合金。在本发明中，所述近β型或β型钛合金的加工性能好，变形过程表面不易开裂，所述金属壳体作为复合板材的韧性层。在本发明中，所述密封的方法优选包括：将所述坯体装至金属壳体内，对所述金属壳体进行真空封焊。
在本发明中，所述金属壳体的厚度优选为15～20mm，更优选为18mm。
得到金属坯后，本发明将所述金属坯进行热等静压，得到半成品板坯。在本发明中，所述热等静压的温度优选为880～940℃，更优选为900～920℃；保温时间优选为2～4h，更优选为3h；所述热等静压的压力优选为120～200MPa，更优选为150MPa。本发明通过热等静压能够使金属壳体与壳体内材料压合为一体，有利于后续加工。
得到半成品板坯后，本发明将所述半成品板坯进行热轧，得到热轧板。在本发明中，所述热轧的次数优选为两次以上，更优选为2～3次；每次热轧的加热温度优选为880～940℃，更优选为900～930℃；保温时间优选为(H+10～H+50)min，H为轧制坯料厚度之和，单位为mm；每次热轧的变形量优选为60～85％，更优选为62.5～80％。
得到热轧板后，本发明将所述热轧板依次进行固溶处理和时效处理，得到高硬度钛合金复合板材。在本发明中，所述固溶处理的温度优选为850～900℃，更优选为880℃；保温时间优选为1～1.5h；所述时效处理的温度优选为400～450℃，更优选为420～430℃；保温时间优选为2～6h，更优选为3～4h。
本发明通过固溶处理和时效处理，能够提高钛合金复合板材的硬度。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的高硬度钛合金复合板材，包括钛镍铬合金以及包覆在所述钛镍铬合金表面的金属壳体；所述金属壳体为近β型或β型钛合金。在本发明中，所述高硬度钛合金复合板材的厚度优选为1.5～3mm，更优选为2～2.8mm。
本发明还提供了上述技术方案所述高硬度钛合金复合板材在制备刀具中的应用。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
步骤一、选取镍粉、氢化脱氢钛粉和铬粉，按照Ni的质量百分数为64％，铬的质量百分数为6％，余量为钛的组成，在V型混料机上进行混料，混料时间为2h，转速为280r/min，混好的粉体放入模具中在压力机上压制，压制压力为200MPa，保压5min，自动降压，制备成预制块坯体；
步骤二、将制备好的预制块坯体放入真空烧结炉内进行两阶段真空烧结，以30℃/min的升温速率快速升温到500℃保温2h，以15℃/min的升温速度升温到900℃，保温3h，随炉自然冷却到室温，制备成规格为10mm×600mm×650mm的坯体；
步骤三、将步骤二得到的坯体装至由15mm厚TB11钛合金板材焊接成的金属壳体内，然后对金属壳体进行真空封焊，得到规格为40mm×620mm×670mm的金属坯；
步骤四、将步骤三得到的金属坯进行热等静压，得到半成品板坯，热等静压的温度为940℃，保温时间为3h，热等静压的压力为150MPa；
步骤五、将步骤四得到的半成品板坯放入加热炉中进行加热温度为940℃的第一加热处理，保温时间为55min，保温结束后，出炉以板坯的670mm作为轧制的宽度方向，沿620mm方向进行轧制，轧制的总变形量为80％，得到规格为8mm×670mm×3100mm的钛合金板材；然后再将8mm×670mm×3100mm的钛合金板材，放入加热炉中进行加热温度为920℃的第二加热处理，保温时间为18min，保温结束后，出炉以板材的670mm作为轧制的宽度方向，沿3100mm方向进行轧制，轧制的总变形量为62.5％，得到规格为3mm×670mm×8267mm的热轧板；
步骤六、将步骤五得到的热轧板先在880℃的加热条件下，保温1h，然后再在400℃的加热条件下，保温6h，得到3mm厚度的高硬度钛合金复合板材。
本实施例制备的高硬度钛合金复合板材的平均硬度为HRC 62，平面应力断裂韧度为45MPa·m1/2。
实施例2
步骤一、选取镍粉、气雾化法制备的钛粉和铬粉，按照Ni的质量百分数为62％，铬的质量百分数为8％，余量为钛的组成，在V型混料机上进行混料，混料时间为2.5h，转速为300r/min，混好的粉体放入模具中在压力机上压制，压制压力为180MPa，保压3min，自动降压，制备成预制块坯体；
步骤二、将制备好的预制块坯体放入真空烧结炉内进行两阶段真空烧结，以20℃/min的升温速率快速升温到550℃保温1.5h，以10℃/min的升温速度升温到940℃，保温2h，随炉自然冷却到室温，制备成规格为15mm×480mm×650mm的坯体；
步骤三、将步骤二得到的坯体装至由20mm厚TB6钛合金板材焊接成的金属壳体内，然后对金属壳体进行真空封焊，得到规格为55mm×500mm×670mm的金属坯；
步骤四、将步骤三得到的金属坯进行热等静压，得到半成品板坯，热等静压的温度为900℃，保温时间为2h，热等静压的压力为120MPa；
步骤五、将步骤四得到的半成品板坯放入加热炉中进行加热温度为920℃的第一加热处理，保温时间为85min，保温结束后，出炉以板坯的670mm作为轧制的宽度方向，沿500mm方向进行轧制，轧制的总变形量为85％，得到规格为8.25mm×670mm×3333mm的钛合金板材；然后再将8.25mm×670mm×3333mm的钛合金板材，放入加热炉中进行加热温度为880℃的第二加热处理，保温时间为20min，保温结束后，出炉以板材的670mm作为轧制的宽度方向，沿3333mm方向进行轧制，轧制的总变形量为70％，得到规格为2.475mm×670mm×11110mm的热轧板；
步骤六、将步骤五得到的热轧板先在900℃的加热条件下，保温1h，然后再在420℃的加热条件下，保温2h，得到2.475mm厚度的高硬度钛合金复合板材。
本实施例制备的高硬度钛合金复合板材的平均硬度为HRC 61，平面应力断裂韧度为43MPa·m1/2。
实施例3
步骤一、选取等离子旋转电极法制备的钛粉和气雾化法制备的镍铬粉，按照Ni的质量百分数为60％，铬的质量百分数为5％，余量为钛的组成，在V型混料机上进行混料，混料时间为2.3h，转速为260r/min，混好的粉体放入模具中在压力机上压制，压制压力为150MPa，保压3min，自动降压，制备成预制块坯体；
步骤二、将制备好的预制块坯体放入真空烧结炉内进行两阶段真空烧结，以25℃/min的升温速率快速升温到600℃保温1.5h，以20℃/min的升温速度升温到880℃，保温4h，随炉自然冷却到室温，制备成规格为12mm×500mm×550mm的坯体；
步骤三、将步骤二得到的坯体装至由18mm厚TB2钛合金板材焊接成的金属壳体内，然后对金属壳体进行真空封焊，得到规格为48mm×520mm×570mm的金属坯；
步骤四、将步骤三得到的金属坯进行热等静压，得到半成品板坯，热等静压的温度为940℃，保温时间为4h，热等静压的压力为200MPa；
步骤五、将步骤四得到的半成品板坯放入加热炉中进行加热温度为900℃的第一加热处理，保温时间为58min，保温结束后，出炉以板坯的570mm作为轧制的宽度方向，沿520mm方向进行轧制，轧制的总变形量为70％，得到规格为14.4mm×570mm×1733mm的钛合金板材；然后再将14.4mm×570mm×1733mm的钛合金板材，放入加热炉中进行加热温度为880℃的第二加热处理，保温时间为25min，保温结束后，出炉以板材的1733mm作为轧制的宽度方向，沿570mm方向进行轧制，轧制的总变形量为70％，得到规格为4.32mm×1733mm×1900mm的板材；然后再将4.32mm×1733mm×1900mm的钛合金板材，放入加热炉中进行加热温度为880℃的第三加热处理，保温时间为15min，保温结束后，出炉以板材的1733mm作为轧制的宽度方向，沿1900mm方向进行轧制，轧制的总变形量为65.2％，得到规格为1.5mm×1733mm×5472mm的热轧板；
步骤六、将步骤五得到的热轧板先在850℃的加热条件下，保温1.5h，然后再在450℃的加热条件下，保温3h，得到1.5mm厚度的高硬度钛合金复合板材。
本实施例制备的高硬度钛合金复合板材的平均硬度为HRC 64，平面应力断裂韧度为42MPa·m1/2。
实施例4
步骤一、选取气雾化法制备的钛粉和镍铬粉，按照Ni的质量百分数为65％，铬的质量百分数为6％，余量为钛的组成，在V型混料机上进行混料，混料时间为2h，转速为300r/min，混好的粉体放入模具中在压力机上压制，压制压力为200MPa，保压3min，自动降压，制备成预制块坯体；
步骤二、将制备好的预制块坯体放入真空烧结炉内进行两阶段真空烧结，以25℃/min的升温速率快速升温到600℃保温1.5h，以20℃/min的升温速度升温到880℃，保温4h，随炉自然冷却到室温，制备成规格为13mm×600mm×650mm的坯体；
步骤三、将步骤二得到的坯体装至由20mm厚TB2钛合金板材焊接成的金属壳体内，然后对金属壳体进行真空封焊，得到规格为53mm×620mm×670mm的金属坯；
步骤四、将步骤三得到的金属坯进行热等静压，得到半成品板坯，热等静压的温度为880℃，保温时间为3h，热等静压的压力为120MPa；
步骤五、将步骤四得到的半成品板坯放入加热炉中进行加热温度为930℃的第一加热处理，保温时间为75min，保温结束后，出炉以板坯的670mm作为轧制的宽度方向，沿620mm方向进行轧制，轧制的总变形量为85％，得到规格为7.95mm×670mm×4133mm的钛合金板材；然后再将7.95mm×670mm×4133mm的钛合金板材，放入加热炉中进行加热温度为900℃的第二加热处理，保温时间为35min，保温结束后，出炉以板材的670mm作为轧制的宽度方向，沿4133mm方向进行轧制，轧制的总变形量为65％，得到规格为2.78mm×670mm×11819mm的热轧板；
步骤六、将步骤五得到的热轧板先在900℃的加热条件下，保温1.5h，然后再在400℃的加热条件下，保温3h，得到2.78mm厚度的高硬度钛合金复合板材。
本实施例制备的高硬度钛合金复合板材的平均硬度为HRC 64，平面应力断裂韧度为43.5MPa·m1/2。
实施例5
步骤一、选取Ni的质量百分数为63％，铬的质量百分数为10％，余量为钛的气雾化法制备的钛镍铬合金粉，在V型混料机上进行混料，混料时间为2h，转速为280r/min，混好的粉体放入模具中在压力机上压制，压制压力为160MPa，保压5min，自动降压，制备成预制块坯体；
步骤二、将制备好的预制块坯体放入真空烧结炉内进行一阶段真空烧结，以20℃/min的升温速度升温到900℃，保温1h，随炉自然冷却到室温，制备成规格为14mm×650mm×800mm的坯体；
步骤三、将步骤二得到的坯体装至由20mm厚TB6钛合金板材焊接成的金属壳体内，然后对金属壳体进行真空封焊，得到规格为54mm×670mm×820mm的金属坯；
步骤四、将步骤三得到的金属坯进行热等静压，得到半成品板坯，热等静压的温度为900℃，保温时间为3h，热等静压的压力为120MPa；
步骤五、将步骤四得到的半成品板坯，放入加热炉中进行加热温度为940℃的第一加热处理，保温时间为75min，保温结束后，出炉以板坯的820mm作为轧制的宽度方向，沿670mm方向进行轧制，轧制的总变形量为70％，得到规格为16.2mm×820mm×2233mm的板材；然后再将16.2mm×820mm×2233mm的钛合金板材，放入加热炉中进行加热温度为900℃的第二加热处理，保温时间为30min，保温结束后，出炉以板材的2233mm作为轧制的宽度方向，沿820mm方向进行轧制，轧制的总变形量为60％，得到规格为6.48mm×2233mm×2050mm的板材；然后再将6.48mm×2233mm×2050mm的钛合金板材，放入加热炉中进行加热温度为880℃的第三加热处理，保温时间为25min，保温结束后，出炉以板材的2233mm作为轧制的宽度方向，沿2050mm方向进行轧制，轧制的总变形量为60％，得到规格为2.59mm×2233mm×5128mm的热轧板；
步骤六、将步骤五得到的热轧板先在850℃的加热条件下，保温1h，然后再在420℃的加热条件下，保温3h，得到厚度为2.59mm的高硬度钛合金复合板材。
本实施例制备的高硬度钛合金复合板材的平均硬度为HRC 62，平面应力断裂韧度为40MPa·m1/2。
实施例6
步骤一、选取Ni的质量百分数为62％，铬的质量百分数为8％，余量为钛的气雾化法制备的钛镍铬合金粉，在V型混料机上进行混料，混料时间为2h，转速为280r/min，混好的粉体放入模具中在压力机上压制，压制压力为150MPa，保压5min，自动降压，制备成预制块坯体；
步骤二、将制备好的预制块坯体放入真空烧结炉内进行一阶段真空烧结，以20℃/min的升温速度升温到940℃，保温2h，随炉自然冷却到室温，制备成规格为15mm×550mm×600mm的坯体；
步骤三、将步骤二得到的坯体装至由18mm厚TB6钛合金板材焊接成的金属壳体内，然后对金属壳体进行真空封焊，得到规格为50mm×570mm×620mm的金属坯；
步骤四、将步骤三得到的金属坯进行热等静压，得到半成品板坯，热等静压的温度为940℃，保温时间为2h，热等静压的压力为120MPa；
步骤五、将步骤四得到的半成品板坯，放入加热炉中进行加热温度为920℃的第一加热处理，保温时间为100min，保温结束后，出炉以板坯的620mm作为轧制的宽度方向，沿570mm方向进行轧制，轧制的总变形量为70％，得到规格为16.2mm×620mm×1759mm的板材；然后再将16.2mm×620mm×1759mm的钛合金板材，放入加热炉中进行加热温度为900℃的第二加热处理，保温时间为35min，保温结束后，出炉以板材的1759mm作为轧制的宽度方向，沿620mm方向进行轧制，轧制的总变形量为70％，得到规格为4.86mm×1759mm×2066mm的板材；然后再将4.86mm×1759mm×2066mm的钛合金板材，放入加热炉中进行加热温度为900℃的第三加热处理，保温时间为25min，保温结束后，出炉以板材的2066mm作为轧制的宽度方向，沿1759mm方向进行轧制，轧制的总变形量为60％，得到规格为1.944mm×2066mm×4397mm的热轧板；
步骤六、将步骤五得到的热轧板先在880℃的加热条件下，保温1h，然后再在430℃的加热条件下，保温2h，得到厚度为1.944mm的高硬度钛合金复合板材。
本实施例制备的高硬度钛合金复合板材的平均硬度为HRC 65，平面应力断裂韧度为41.5MPa·m1/2。
实施例7
步骤一、选取Ni的质量百分数为63％，铬的质量百分数为6％，余量为钛的气雾化法制备的钛镍铬合金粉，在V型混料机上进行混料，混料时间为2h，转速为280r/min，混好的粉体放入模具中在压力机上压制，压制压力为160MPa，保压6min，自动降压，制备成预制块坯体；
步骤二、将制备好的预制块坯体放入真空烧结炉内进行一段烧结，以20℃/min的升温速度升温到880℃，保温1.5h，随炉自然冷却到室温，制备成规格为14.5mm×620mm×570mm的坯体；
步骤三、将步骤二得到的坯体装至由20mm厚TB11钛合金板材焊接成的金属壳体内，然后对金属壳体进行真空封焊，得到规格为54.5mm×640mm×590mm的金属坯；
步骤四、将步骤三得到的金属坯进行热等静压，得到半成品板坯，热等静压的温度为880℃，保温时间为3h，热等静压的压力为160MPa；
步骤五、将步骤四得到的半成品板坯，放入加热炉中进行加热温度为940℃的第一加热处理，保温时间为90min，保温结束后，出炉以板坯的640mm作为轧制的宽度方向，沿590mm方向进行轧制，轧制的总变形量为85％，得到规格为8.175mm×640mm×3933mm的板材；然后再将8.175mm×640mm×3933mm的钛合金板材，放入加热炉中进行加热温度为920℃的第二加热处理，保温时间为30min，保温结束后，出炉以板材的640mm作为轧制的宽度方向，沿3933mm方向进行轧制，轧制的总变形量为63.3％，得到规格为3mm×640mm×10717mm的热轧板；
步骤六、将步骤五得到的热轧板先在850℃的加热条件下，保温1h，然后再在450℃的加热条件下，保温4h，得到厚度为3mm的高硬度钛合金复合板材。
本实施例制备的高硬度钛合金复合板材的平均硬度为HRC 63，韧性为43MPa·m1 /2。
对比例
与实施例1的制备方法基本相同，不同之处仅在于不将步骤二得到的坯体装至金属壳体内，而是直接对坯体进行热等静压和热轧，轧制即开裂，无法得到钛合金板材。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高硬度钛合金复合板材的制备方法，包括以下步骤：
将原料粉体进行压制，得到预制块坯体；按照质量百分比计，所述原料粉体的组成为：Ni 60～65％，Cr 5～10％，余量为Ti；
将所述预制块坯体进行真空烧结，得到坯体；
将所述坯体密封于金属壳体内，得到金属坯；所述金属壳体为近β型或β型钛合金；
将所述金属坯进行热等静压，得到半成品板坯；
将所述半成品板坯进行热轧，得到热轧板；
将所述热轧板依次进行固溶处理和时效处理，得到高硬度钛合金复合板材。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原料粉体包括镍粉、铬粉和钛粉的混合粉体、钛粉和镍铬合金粉的混合粉体或钛镍铬合金粉。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述真空烧结为两阶段真空烧结或一阶段真空烧结；
所述两阶段真空烧结包括依次进行的一段烧结和二段烧结；所述一段烧结的温度为500～600℃；所述一段烧结的保温时间为1～2h；所述二段烧结的温度为880～940℃；所述二段烧结的保温时间为2～4h；
所述一阶段真空烧结的温度为880～940℃；所述一阶段真空烧结的保温时间为1～2h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属壳体的厚度为15～20mm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热等静压的温度为880～940℃，保温时间为2～4h，所述热等静压的压力为120～200MPa。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热轧的次数为两次以上；每次热轧的加热温度为880～940℃，保温时间为(H+10～H+50)min，H为轧制坯料厚度之和，单位为mm。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述每次热轧的变形量为60～85％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为850～900℃，保温时间为1～1.5h；所述时效处理的温度为400～450℃，保温时间为2～6h。
9.权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的高硬度钛合金复合板材，包括钛镍铬合金以及包覆在所述钛镍铬合金表面的金属壳体；所述金属壳体为近β型或β型钛合金。
10.权利要求9所述高硬度钛合金复合板材在制备刀具中的应用。
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0452079A1 (en) * 1990-04-12 1991-10-16 Tosoh Corporation High chromium-nickel material and process for producing the same
CN101011739A (zh) * 2007-01-31 2007-08-08 哈尔滨工业大学 一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法
JP2010229458A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Nippon Steel Corp 靭性に優れた高強度α＋β型チタン合金およびその製造方法
CN103302295A (zh) * 2013-06-20 2013-09-18 安泰科技股份有限公司 一种轧制加工高纯度、高致密度钼合金靶材的方法
CN105063438A (zh) * 2015-08-14 2015-11-18 中南大学 一种高硅铜镁系粉末冶金铝合金的制备方法
EP3115134A1 (de) * 2015-07-06 2017-01-11 Deutsche Edelstahlwerke GmbH Verfahren zum herstellen eines aus einem vielschichtigen metallwerkstoffverbund bestehenden verbundblechs, mehrschichtiges verbundblech und verwendung eines solchen verbundblechs
CN109482862A (zh) * 2018-12-27 2019-03-19 安徽恒利增材制造科技有限公司 一种3d打印金属粉末及其制备方法
CN109695000A (zh) * 2017-10-20 2019-04-30 鞍钢股份有限公司 以if钢为过渡层的双面钛钢复合板及其高温制备方法
CN111850490A (zh) * 2020-07-29 2020-10-30 洛阳高新四丰电子材料有限公司 一种二元钼合金溅射靶材及其制备方法
CN113059160A (zh) * 2019-12-30 2021-07-02 沈阳铸造研究所有限公司 一种复杂低间隙相钛合金构件的复合制备方法
CN113844114A (zh) * 2015-07-29 2021-12-28 日本制铁株式会社 钛复合材料以及热加工用钛材

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090041609A1 (en) * 2007-08-07 2009-02-12 Duz Volodymyr A High-strength discontinuously-reinforced titanium matrix composites and method for manufacturing the same
JP5758204B2 (ja) * 2011-06-07 2015-08-05 日本発條株式会社 チタン合金部材およびその製造方法
CN108754231A (zh) * 2018-08-31 2018-11-06 浙江申吉钛业股份有限公司 轻量化高强度高弹性钛合金及其实现方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0452079A1 (en) * 1990-04-12 1991-10-16 Tosoh Corporation High chromium-nickel material and process for producing the same
CN101011739A (zh) * 2007-01-31 2007-08-08 哈尔滨工业大学 一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法
JP2010229458A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Nippon Steel Corp 靭性に優れた高強度α＋β型チタン合金およびその製造方法
CN103302295A (zh) * 2013-06-20 2013-09-18 安泰科技股份有限公司 一种轧制加工高纯度、高致密度钼合金靶材的方法
EP3115134A1 (de) * 2015-07-06 2017-01-11 Deutsche Edelstahlwerke GmbH Verfahren zum herstellen eines aus einem vielschichtigen metallwerkstoffverbund bestehenden verbundblechs, mehrschichtiges verbundblech und verwendung eines solchen verbundblechs
CN113844114A (zh) * 2015-07-29 2021-12-28 日本制铁株式会社 钛复合材料以及热加工用钛材
CN105063438A (zh) * 2015-08-14 2015-11-18 中南大学 一种高硅铜镁系粉末冶金铝合金的制备方法
CN109695000A (zh) * 2017-10-20 2019-04-30 鞍钢股份有限公司 以if钢为过渡层的双面钛钢复合板及其高温制备方法
CN109482862A (zh) * 2018-12-27 2019-03-19 安徽恒利增材制造科技有限公司 一种3d打印金属粉末及其制备方法
CN113059160A (zh) * 2019-12-30 2021-07-02 沈阳铸造研究所有限公司 一种复杂低间隙相钛合金构件的复合制备方法
CN111850490A (zh) * 2020-07-29 2020-10-30 洛阳高新四丰电子材料有限公司 一种二元钼合金溅射靶材及其制备方法

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