[发明专利]一种提高TiC-Cr-Mo钢基复合材料尺寸稳定性的时效方法

说明书

本发明公开了一种提高TiC‑Cr‑Mo钢基复合材料尺寸稳定性的时效方法，包括以下步骤：将TiC‑Cr‑Mo合金样品进行加热超声时效，然后进行液氮超声时效，按照该工艺对合金样品进行冷热循环协同超声振动，得到尺寸稳定的合金样品。本发明通过冷热循环协同超声振动可以明显提高TiC‑Cr‑Mo钢基复合材料的组织稳定性，并消减了复合材料内部的残余应力，最终提高TiC‑Cr‑Mo合金的尺寸稳定性。本发明方法处理得到的TiC‑Cr‑Mo钢基复合材料，与常规处理方法得到的合金相比，合金表面残余应力由‑250～‑200MPa降低至‑10～30MPa，合金的硬度由900～940HV提高至1000～1200HV。

技术领域

本发明属于复合材料加工技术领域，具体涉及一种提高TiC-Cr-Mo钢基复合材料尺寸稳定性的时效方法。

背景技术

TiC-Cr-Mo钢基复合材料主要以TiC为硬质相、铬钼低合金钢为基体，硬质相TiC的含量为35wt.％，Cr、Mo含量各为2wt.％；一般经烧结、锻造、退火及回火一系列常规处理后，可用于制备导航系统中的动压气浮轴承、冷作工模具、量卡具等，此类制件在长期稳定可靠使用过程中都需保持其材料的组织性能稳定性。影响材料组织与性能稳定性的主要因素主要有材料在制备、加工或服役过程中的显微组织的演变及材料内部残余应力的释放。

目前，热处理是提高材料的组织稳定性的传统方法。主要通过将材料加热到一定温度保温进行时效处理，从而获得所需要的显微组织的目的；热处理的方法虽然可有效提高材料的组织性能稳定性，但由于材料的尺寸稳定性受到显微组织及残余应力的共同影响，因而在提高材料尺寸稳定性方面也存在一定的局限性。

超声振动是一种消除材料残余应力的有效方法，它主要利用振动过程中构件上产生的振动应力与构件内部的残余应力相互作用，让残余应力松弛并释放，从而提高构件的性能稳定性，其不受材料的尺寸、形状等的影响，可显著提高材料的力学性能。目前，研究者多采用单一的热处理或振动的方法来提高材料的组织性能稳定性，对于一些大型构件而言，振动时效仍为消除材料残余应力的最常用方法，可采用有限元模拟的方法对材料振动时效后的残余应力进行分析；热处理为有效改善材料的组织结构，提高材料力学性能的最常用方法。然而，为提高常规方法处理后TiC-Cr-Mo钢基复合材料的尺寸稳定性，采用单一热处理或超声振动的方法仍存在如下不足：1.由于该复合材料中的硬质相TiC颗粒与钢基体之间的弹性模量存在较大差异，在界面处容易引起应力集中从而产生开裂，影响材料的致密及性能稳定可靠，因而采用单一的处理方式无法同时兼顾材料组织与应力的稳定性；2.提高材料的尺寸稳定性是材料显微组织稳定及残余应力消除共同作用的结果，通过热处理的方法虽可获得相对稳定的显微组织，但对于有效消除材料内部的残余应力还存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的提供了一种提高TiC-Cr-Mo钢基复合材料尺寸稳定性的时效方法，该方法可有效降低合金内部的残余应力，基体显微组织均匀，从而达到提高合金硬度及尺寸稳定性的目的。

本发明这种提高TiC-Cr-Mo钢基复合材料尺寸稳定性的时效方法，包括以下步骤：

将TiC-Cr-Mo合金样品进行加热超声时效，然后进行液氮超声时效，按照该工艺对合金样品进行循环处理，得到尺寸稳定的合金样品。

所述的加热超声时效的加热温度为30～100℃，时效处理时间为5～300min，超声振动功率为180W-1200W，振动频率为40kHz。

所述的液氮超声时效温度为-196℃，时效处理时间为5～300min，超声振动功率为180W-1200W，振动频率为40kHz。

所述循环处理的循环次数为2～12次。