[发明专利]一种纳米颗粒增强ZTC4钛合金及其制备方法

说明书

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。

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；