[发明专利]一种700℃用高性能易加工钛材的制备方法

说明书

一种700℃用高性能易加工钛材的制备方法。本发明涉及电一种粉末冶金制备700℃用高性能钛材的方法。本发明是为了解决现有钛合金材料使用温度难以超过600℃的瓶颈，TiAl、Ti₂AlNb、Ni₃Al等金属间化合物成形性、加工性、可焊性差，以及传统钛基复合材料强化效果不佳的问题。采用高温钛合金和硼源或碳源为原料，通过粉末冶金方法向材料内靶向引入TiBw、TiCp增强相分布在晶界处；同时通过添加Mo、Zr、Cr等合金元素及硅元素结合固溶析出机制在较软的β相内、α与β相界、TiB/TiC增强相与钛合金界面处引入稳定的细小纳米硅化物。本发明用于制备700℃用高性能钛材。

技术领域

本发明涉及电一种粉末冶金制备700℃用高性能钛材的方法。

背景技术

Ti合金具有低密度、高比强度、高比刚度、耐腐蚀的特性，并且在高温下具有良好的力学性能，在航天航空、船舶、医药等领域均有广泛应用。然而受材料组织限制，其最高使用温度仅为550～600℃，600℃以上无可靠的钛合金材料可供选择。为进一步提高钛基材料的高温性能及刚度，TiAl金属间化合物、连续纤维增强钛基复合材料(CRTMCs)、非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)等应运而生。

上述材料的出现，一定程度上提高了钛材的使用温度，但与此同时也各自拥有不同的弊端。TiAl、Ti₂AlNb等金属间化合物及CRTMCs存在难以加工的问题，难以进行成形与机械加工，且无法通过传统焊接方式进行连接。增强体均匀分布的DRTMCs解决了材料难以加工及焊接的问题，但其在室温下存在较大脆性，限制了材料的应用。根据Hashin-Shtrikman(H-S)理论与晶界强化理论所设计制备的增强体非均匀分布一级网状结构TiBw/Ti合金复合材料(ZL200810136852.8)有效地改善了材料的室温塑性，并提高了材料的室温、高温强度水平，解决了粉末冶金法制备DRTMCs的室温脆性问题。然而由于增强体本身的特性，其增强相只能在粉末颗粒周围形成一级网状结构，在网格内部则几乎不存在增强相，尤其双相钛合金中网格内的β相、α/β相界在高温下将成为弱化部位，损害了材料的高温性能。两级网状结构钛基复合材料(ZL201510405104.5)通过向网状材料中引入Ti₅Si₃增强体，使硅化物增强体分布于β相内，一定程度上改善了材料的综合力学性能。然而，由于所使用的基体材料本征使用温度较低，且存在Ti5Si3相高温稳定性不如三元硅化物，Ti5Si3相尺寸仍然较大，强化效果不如细小三元硅化物，材料的高温使用性能仍需进一步提高。

发明内容

本发明是为了解决现有钛合金材料使用温度难以超过600℃的瓶颈，TiAl、Ti₂AlNb、Ni₃Al等金属间化合物成形性、加工性、可焊性差，以及传统钛基复合材料强化效果不佳的问题，而提供了一种700℃用高性能易加工钛材的制备方法。

一种700℃用高性能易加工钛材的制备方法具体是按以下步骤进行的：

一、按照设计的TiBw或TiCp的体积分数，换算出所需原位反应物粉末与钛合金粉末的配比并进行称量，得到原料粉末；所述原位反应物粉末为B粉、石墨粉、TiB₂粉或B₄C粉；所述钛合金粉末为球形钛合金粉末，球形钛合金粉末为TA15粉、TA19粉或Ti60粉；

二、按照所设计的TiBw或TiCp的抗蠕变性要求和材料塑性要求设定硅的添加量，同时按照Si元素与M元素的原子比为1:(0.01～0.2)进行称量，得到含M元素粉末；所述Si元素由Si粉末提供；所述M元素为Mo元素、Zr元素或Cr元素，所述M元素由金属粉末或化合物粉末提供；所述化合物粉末为含有Mo元素、Zr元素或Cr元素的化合物；所述硅的添加量为原料粉末总质量的0.2％～3％；

三、将原料粉末和含M元素粉末混合后在高纯Ar保护气氛下使用行星球磨机进行球磨，得到球磨后的粉末；