[发明专利]一种纳米颗粒强韧化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强韧化ZTC4钛合金及其制备方法，该强韧化纳米颗粒包括纳米TiC和纳米TiB₂，且纳米TiC和纳米TiB₂的摩尔比为1:(1～3)。该铸造合金包括以下组分：Al 5.5％～6.8％、V 3.5％～4.5％、Ti 88.4％～90.99％、强韧化纳米颗粒0.01％～0.3％。本发明通过添加强韧化纳米TiC和纳米TiB₂颗粒得到了意想不到的效果：与未加入纳米TiC和纳米TiB₂颗粒的ZTC4钛合金相比，添加纳米颗粒的ZTC4钛合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率均得到同时提高，尤其是延伸率提高显著，其对于实现ZTC4钛合金在复杂环境下的应用具有重大意义。

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强韧化ZTC4钛合金及其制备方法。

背景技术

钛合金的比强度高，比刚度高，耐腐蚀性能好，以上性能使得钛合金在近海应用方面极具吸引力。钛合金在近海应用方面，相较于钢而言有着极大的优势。1986年Mobil采用钛代替北海钻井平台上压舱水系统中遭腐蚀破坏的碳钢管，该项目表明采用钛合金成本仅提高5％，但是钛合金在海水中的使用寿命远远大于碳钢。此外，近海应用所使用的TC4钛合金中大型构件由铸造法直接制造，其他制备工艺无法达到形状和精度要求。综上所述，ZTC4钛合金的强度以及韧性直接决定了钛合金可以在海中使用的深度以及在近海领域的应该范围。目前商用ZTC4的强度约为820MPa，延伸率约为8％～10％，越来越不能满足实际应用的强塑性要求。传统的通过热处理强化钛合金也在钛合金的强韧化方面无显著效果。因此，寻找一种合适的ZTC4钛合金强韧化方法越来越重要。

综上所述，寻找一种合适的提高ZTC4钛合金的强塑性的方法，拓展钛合金在各个领域的应用是一直亟待解决的重大问题。在金属材料领域中强度和塑性倒置关系是一个普遍规律。在钛合金中，强度和塑性是倒置关系，强度高、塑性低或强度低、塑性高。因此，同时提高钛合金的强塑性是一个世界性难题。本发明创新性使用纳米颗粒强韧化ZTC4钛合金，发现在ZTC4钛合金中添加微量纳米TiC和纳米TiB₂颗粒，在同时提高钛合金强塑性方面得到了意想不到的效果，强塑性得到了同时提高。与未加入纳米TiC和纳米TiB₂颗粒的ZTC4钛合金相比：添加纳米TiC和纳米TiB₂颗粒的ZTC4合金室温抗拉强度均值提高了45MPa，室温屈服强度均值提高了52MPa，均匀延伸率均值提高了0.9％；热处理态室温抗拉强度均值提高了87MPa，室温屈服强度均值提高了78MPa，均匀延伸率均值提高了0.9％。ZTC4钛合金强塑性的提高对拓展钛合金的应用领域具有重大国民经济意义。且本发明所采用的微量纳米双相颗粒强韧化ZTC4钛合金，中间合金的制备成本低且制备过程中无需特殊的设备或者工艺，工厂环境下即可实现，可以进行大规模产业化生产。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种增强增韧纳米颗粒的应用，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，一种增韧纳米颗粒在提高ZTC4钛合金强度中的应用，其中，所述增韧纳米颗粒包括纳米TiC和纳米TiB₂，且纳米TiC和纳米TiB₂的摩尔比为1:(1～3)。

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％、增韧纳米颗粒0.01％～0.3％，余量为杂质元素，各组分的质量百分数之和为100％；所述增韧纳米颗粒包括纳米TiC和纳米TiB₂，且纳米TiC和纳米TiB₂的摩尔比为1:(1～3)。