[发明专利]基于微结构主动构造型α/β双相钛合金材料及制备方法

说明书

本发明公开了基于微结构主动构造型α/β双相钛合金材料及制备方法，属于材料技术领域。本发明的制备方法采用(高塑性)α型钛合金颗粒和(高强度)β型钛合金颗粒为原料，通过球磨混合结合粉末冶金烧结方法主动构造出α/β双相复合结构，实现新型钛合金材料的制备，大大提升了钛合金材料的强度和韧性。本制备方法一方面有效克服了传统方法制备钛合金过程中α、β两相无法主动构造的技术难题；另一方面通过发挥α、β两相变形协调作用也有效解决了传统方法制备的钛合金强韧性不匹配等问题。本发明方法制备的新型微结构主动构造型α/β双相钛合金材料兼顾高强度和高韧性等优点，能够更好的满足航空航天等要求低密度高强高韧的高技术领域。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及基于微结构主动构造型α/β双相钛合金材料及制备方法。

背景技术

钛合金由于具有轻质、比强度高、机械性能好和耐腐蚀性等优点，已经成为航空航天技术领域和军工领域重要结构材料。钛合金材料主要用于制造飞行设备中各种结构部件以及军用装甲防护材料，其作用主要是承受各种载荷，包括静态载荷和各种动态载荷。因此，钛合金结构材料性能的好坏直接决定了航空航天设备以及装甲防护装备的使用寿命和安全性。

与此同时，随着新一代航天器和装甲设备对合金性能的不断提高，要求结构材料具有更高的强度和韧性(抗拉强度在1100～1300MPa以上，断裂韧性在55MPa^1/2以上)。但是，传统钛合金，例如Ti-6Al-4V合金，其抗拉强度只有900～1000MPa左右，延伸率10％～15％左右，已经不能满足未来航天和军用设备的服役要求。而大多数新型钛合金既成本高昂又往往不能兼顾高强度和高韧性的匹配。因此，开发低成本高强钛合金结构材料具有非常广阔的应用前景。

迄今为止，改善材料性能主要是通过调整材料的微观组织(例如变形强化、细晶强化、弥散强化、固溶强化等方法)来实现的。但上述传统方法在提高材料强度的同时，会降低材料塑性和韧性。与此同时，近年来研究表明通过改变钛合金中α相或β相(形态、尺寸或比例)，能够实现钛合金高强度和高韧性的协同优化。然而，在钛合金全流程制备工艺过程中，对微观组织的调控影响因素众多且两相由于元素扩散导致其性能差距并不大，很难单独、主动调控α、β单相的性能水平，无法充分发挥其高塑性与高强度的协同作用，故仍然比较“被动”。

因此，提供一种能够“主动”调控α、β两相的尺寸、形态、比例和分布等的钛合金制备方法，充分发挥钛合金中α相的高塑性和β相的高强度的协同作用，实现对钛合金中精细结构的主动控制，获得兼顾高强度和高韧性的钛合金结构材料，则成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种基于微结构主动构造型α/β双相钛合金材料的制备方法，解决了传统方法制备钛合金过程中α、β两相无法主动构造的技术难题，通过充分发挥α、β两相协调变形作用，解决了传统方法制备的钛合金强韧性不匹配等问题。

本发明还提供了上述制备方法制成的基于微结构主动构造型α/β双相钛合金材料。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所述的一种基于微结构主动构造型α/β双相钛合金材料的制备方法，该方法以α型钛合金颗粒和β型钛合金颗粒为原料，进行球磨混合，获得混合均匀的混合颗粒；将所述混合颗粒装进模具压制成型，再冶金烧结，得到主动构造型α/β双相钛合金材料。

本发明的部分实施方案中，所述α型钛合金颗粒与β型钛合金颗粒的质量比为1:10-10:1；优选地，所述α型钛合金颗粒与β型钛合金颗粒的质量比为1:5-5:1；更优选为1:3-2:1。

作为本发明的一些实施例，所述α型钛合金颗粒是Mo当量小于4，以α相为主的钛合金颗粒；优选地，所述α型钛合金颗粒包括TA1、TA2、TA3中的任意一种或几种；优选地，所述α型钛合金颗粒的粒径为0.05-1000μm。