專利名稱：：一種高強(qiáng)度Ti6Al4V雙相增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鈦合金復(fù)合材料的制備方法，特別是涉及以Ti6A14V為基體以TiC、TiB2為顆粒增強(qiáng)相的雙相增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
：鈦元素在地殼中的含量?jī)H次于鎂(Mg)、鐵(Fe)、鋁(Al)，在金屬元素中排在第四位。鈦合金材料以其輕質(zhì)、比強(qiáng)度高、中低溫性能好、耐腐蝕等優(yōu)良的性能而成為被受人們關(guān)注的材料，現(xiàn)己被廣泛應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域和其他民用領(lǐng)域，如汽車、體育器材等。Ti6A14V以其優(yōu)異的機(jī)械性能成為眾多鈦合金牌號(hào)中應(yīng)用最廣泛的一種鈦合金材料，基于Ti6A14V的復(fù)合材料也成為倍受人們關(guān)注的焦點(diǎn)。TiB2和TiC是最常見的兩種顆粒增強(qiáng)劑，基于這兩種顆粒增強(qiáng)的Ti6A14V材料也被廣泛的研究，但研究對(duì)象均為單相增強(qiáng)材料，且采用不同的制備工藝得到的復(fù)合材料性能差別比較大。從報(bào)道的結(jié)果看，通過TiB2或TiC的加入，材料的抗拉強(qiáng)度、彈性模量都有了很大程度的提高，伹在常溫抗拉強(qiáng)度在大于1200MPa的高強(qiáng)度鈦合金材料中，其斷后伸長(zhǎng)率都降到了3%以下，這在很大程度上限制了材料的應(yīng)用。因而，申請(qǐng)人:在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量的研究和實(shí)驗(yàn)，得到一種TiB2和TiC雙相復(fù)合的方法，使增強(qiáng)后的復(fù)合材料在常溫抗拉強(qiáng)度大于1200Mpa的同時(shí)，其斷后伸長(zhǎng)率也達(dá)到了4%以上，解決現(xiàn)有技術(shù)中的一大難題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種技術(shù)工藝容易實(shí)現(xiàn)、力學(xué)性能優(yōu)良的以Ti6A14V為基體以TiC和TiB2為顆粒增強(qiáng)相的雙相增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是-1.混粉以鈦粉(Ti)、鋁釩合金粉(Al/V)、二硼化鈦粉(TiB2)、碳化鈦粉(TiC)為原料，按照一定的比例裝入混料機(jī)進(jìn)行攪拌混合L5小時(shí)。所有原料均為一250目的粉末，且原料的氧含量均低于0.4wt%。鈦粉和鋁釩粉的比例按照Ti6A14V的配比標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行混合，碳化鈦粉的含量為2wt%—4wt%，二硼化鈦粉的含量為4wt%—7wt%。2.壓制將混合好的粉末裝入模具，利用機(jī)械壓或等凈壓在280MPa-300MPa的壓力下保壓15-30分鐘，將材料壓制成一定的形狀。此時(shí)，壓制后材料的密度可達(dá)到材的78%—86%。3.燒結(jié)將壓制好的材料壞體在真空氣氛下燒結(jié)6—8個(gè)小時(shí)，燒結(jié)溫度為1200°C，保溫時(shí)間根據(jù)樣品尺寸確定，真空度小于5Xl(TSpa。通過燒結(jié)工序，材料的密度可達(dá)到材料理論密度的90%—95%。在此過程中，TiB2會(huì)和基體中的Ti發(fā)生如下反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化為TiB，TiB和基體具有更好的相容性。TiB2+Ti^^2TiB4.鍛造燒結(jié)后的材料在1080。C一1120。C下進(jìn)行鍛造?？筛鶕?jù)材料的用途和要制備的產(chǎn)品情況選擇不同的鍛造方式，若采用開放式鍛造則其變形量應(yīng)大于30%。經(jīng)過鍛造工序，材料的致密度達(dá)到96—100%。5.熱處理將鍛造后的半成品材料放入真空爐中，在760。C一800。C下保溫60—150分鐘，隨爐冷卻，其中真空度不低于1X10—4a。至此，就得到了這種高強(qiáng)度Ti6AUV雙相增強(qiáng)復(fù)合材料。本發(fā)明與現(xiàn)有鈦合金復(fù)合材料及其制備技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)-1、采用常規(guī)方法和常規(guī)設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。2、采用混粉進(jìn)行混合，使其TiC和TiB顆粒在基體中分散均勻且顆粒細(xì)小。3、材料綜合力學(xué)性能優(yōu)良，在材料抗拉強(qiáng)度保持在較高水平上的同時(shí)，延伸率保持在4%以上。解決了現(xiàn)有技術(shù)中提高抗拉強(qiáng)度但延伸率降低到無法接受之難點(diǎn)。本方法制備的材料其抗拉強(qiáng)度在1180MPa—1280MPa之間，且其斷后伸長(zhǎng)率為4%—9%。具體實(shí)施例方式本申請(qǐng)利用混粉、燒結(jié)、鍛造方法制備Ti6Al4V高強(qiáng)度雙相增強(qiáng)復(fù)合材料，下面就結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。1.混粉取_250目鈦粉2484g鈦粉，一250目60弁鋁釩合金粉276g，一250目碳化鈦粉90g，一250目二硼化鈦粉150g，裝入混料機(jī)進(jìn)行機(jī)械混合1.5小時(shí)，得到均勻的Ti6A14V/(3wt。/。TiC+5wt。/oTiB2)復(fù)合材料混合粉。2.壓制將混合好的粉末裝入模具，在機(jī)械壓機(jī)上300MPa的壓力下保壓15分鐘，將材料壓制成少80X150mm的圓棒。此時(shí)，壓制后材料的密度為3.75g/cm為理論密度的83.5%。3.燒結(jié)將壓制好的棒材壞體放入真空燒結(jié)爐中，在2X10—spa的真空氣氛、1200。C的燒結(jié)溫度下，保溫8個(gè)小時(shí)。然后隨爐降溫，待材料降低到40。C，可打開爐門將材料取出。通過燒結(jié)工序，材料的密度為4.12，達(dá)到材料理論密度的91.8%。4.鍛造燒結(jié)后的棒材在5t自由煅錘上1100°C下進(jìn)行拔長(zhǎng)鍛造。首先，將原料涂防氧化涂層后放入巳升溫至1100°C的電爐中，保溫90分鐘，然后將加熱后的圓棒迅速取出放到煅錘上進(jìn)行鍛造，最后將^80X150mm的棒材鍛為^40的細(xì)圓棒。此時(shí)，材料的密度為4.46g/cm3，達(dá)到材料理論密度的99.5%。5.熱處理將鍛造后的^40圓棒放入真空爐中，在780°C下保溫80分鐘，隨爐冷卻，其中真空度不低于1X10—4a。至此，就得到了高強(qiáng)度Ti6A14V雙相增強(qiáng)復(fù)合材料。表1給出了本發(fā)明的四組技術(shù)方案。通過不同的材料配比和不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)制備了四組不同的高強(qiáng)度Ti6A14V雙相增強(qiáng)復(fù)合材料。表1幾種高強(qiáng)度Ti6A14V雙相增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方案<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>上述四種高強(qiáng)度Ti6A14V雙相增強(qiáng)復(fù)合材料的性能如表2所示。表2幾種高強(qiáng)度Ti6A14V雙相增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、一種高強(qiáng)度Ti6Al4V雙相增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟1.混粉以鈦粉Ti、鋁釩合金粉Al/V、二硼化鈦粉TiB2、碳化鈦粉TiC為原料，按照一定的比例裝入混料機(jī)進(jìn)行攪拌混合1.5小時(shí)，所有原料均為一定目數(shù)的粉末，且原料的氧含量均低于0.4wt％。步驟2.壓制將混合好的粉末裝入模具，利用機(jī)械壓或等凈壓在280MPa-300MPa的壓力下保壓15-30分鐘，將材料壓制成一定的形狀，此時(shí)，壓制后材料的密度可達(dá)到材的78％-86％。步驟3.燒結(jié)將壓制好的材料壞體在真空氣氛下燒結(jié)6-8個(gè)小時(shí)，燒結(jié)溫度為1200℃，保溫時(shí)間根據(jù)樣品尺寸確定，真空度小于5×10-3Pa。通過燒結(jié)工序，材料的密度可達(dá)到材料理論密度的90％-95％。步驟4.鍛造燒結(jié)后的材料在1080℃-1120℃下進(jìn)行鍛造，可根據(jù)材料的用途和要制備的產(chǎn)品情況選擇不同的鍛造方式。經(jīng)過鍛造工序，材料的致密度達(dá)到96-100％。步驟5.熱處理將鍛造后的半成品材料放入真空爐中，在760℃-800℃下保溫60-150分鐘，隨爐冷卻，其中真空度不低于1×10-1Pa，至此，就得到了這種高強(qiáng)度Ti6Al4V雙相增強(qiáng)復(fù)合材料。2、如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于在步驟1中所有原料均為一250目的粉末。3、如權(quán)利要求1和2所述的制備方法，其特征在于在步驟1中所采用的鈦粉和鋁釩粉的比例按照Ti6A14V的配比標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行混合，碳化鈦粉的含量為2wt%—4wt%，二硼化鈦粉的含量為4wt%—7wt%。全文摘要本發(fā)明公開了一種以TiC、TiB兩相為顆粒增強(qiáng)體，Ti6Al4V為基體的鈦基高強(qiáng)度復(fù)合材料制備方法。包括以下步驟，將鈦粉、鋁釩合金粉、二硼化鈦粉、碳化鈦粉以原料，按照一定的比例混粉，然后利用機(jī)械壓或等凈壓在280-300MPa的壓力下保壓，壓制成一定的形狀，再在1200℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，反應(yīng)；然后將燒結(jié)后的材料進(jìn)行鍛造，根據(jù)材料的用途和制備產(chǎn)品情況選擇不同的鍛造方式；最后進(jìn)行熱處理，即得到高強(qiáng)度的Ti6Al4V雙相增強(qiáng)復(fù)合材料。本發(fā)明制備的雙相增強(qiáng)復(fù)合材料常溫抗拉強(qiáng)度大于1200MPa的同時(shí)，其斷后伸長(zhǎng)率也達(dá)到了4％以上，可以廣泛應(yīng)用于航空航天器、航海艦船、汽車或體育器材上的鈦合金零件等等。文檔編號(hào)B21J5/00GK101306501SQ200810127858公開日2008年11月19日申請(qǐng)日期2008年7月7日優(yōu)先權(quán)日2008年7月7日發(fā)明者健郭,郭小芳,陳黨明申請(qǐng)人:鹽城市鑫洋電熱合金廠