一種含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成：Al5.5%～6.5%，V3.5%～5.5%，Y0.1%～0.2%，B0.2%～2.0%，C0.2%～2.0%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明通過向鈦合金中添加B元素和C元素，生成了均勻分布的TiB和TiC增強(qiáng)相，提高了鈦基復(fù)合材料的強(qiáng)度，通過添加Y元素細(xì)化晶粒、提高復(fù)合材料塑性，得到的鈦基復(fù)合材料Rm為1200MPa～1310MPa，RP0.2為1100MPa～1200MPa，A為5%～10%，Z為10%～15%，E為125GPa～155GPa。
【專利說明】一種含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鈦基復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、抗腐蝕性能強(qiáng)，以及良好的高溫和低溫力學(xué)性能，是一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、軍事、民用等各個(gè)領(lǐng)域。隨著航空、航天和尖端武器的發(fā)展，鈦合金鑄件得到越來越多的應(yīng)用。尤其是近年來鈦精密鑄造技術(shù)的發(fā)展，使得批量鑄造生產(chǎn)一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝備零件成為可能。采用這一近凈成型技術(shù)可以提高材料利用率，縮短生產(chǎn)周期，使裝備零件的制造成本大大降低。目前我國(guó)航空航天工業(yè)的鈦鑄件80%以上采用T1-6A1-4V (TC4)合金。
[0003]相對(duì)于其它高強(qiáng)工程材料，鈦合金的彈性模量低約為鋼的1/2，一般在IlOGPa?125GPa之間。使得按照剛度設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)件比按強(qiáng)度設(shè)計(jì)的零件要顯得厚大笨重一些。而對(duì)于細(xì)長(zhǎng)和薄壁零件，由于鈦合金剛性差，在使用過程中容易變形，因此如何提高鈦合金的綜合性能是研究者一直關(guān)心的問題。`
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，通過向鈦合金中添加B元素和C元素，生成了均勻分布的TiB和TiC增強(qiáng)相，提聞了欽基復(fù)合材料的強(qiáng)度，通過添加Y兀素細(xì)化晶粒、提聞復(fù)合材料塑性，得到的鈦基復(fù)合材料具有高熔點(diǎn)硼元素熔煉均勻、小質(zhì)量元素硼和碳揮發(fā)小、顯微組織細(xì)小的特點(diǎn)，其Rm為1200MPa?1310MPa, Rp0.2為IlOOMPa?1200MPa, A為5%?10%, Z 為 10% ?15%，E 為 125GPa ?155GPa。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，其特征在于，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成:A15.5%?6.5%，V3.5%?5.5%, Y0.1%?0.2%, B0.2%?2.0%, C0.2%?2.0%,余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)；所述含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度Rm為1200MPa?1310MPa，彈性模量E為125GPa?155GPa。
[0006]上述的一種含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成:A16.0%，V4.0%，Y0.15%，B0.5%，C0.5%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)。
[0007]上述的一種含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，所述含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料中O的質(zhì)量百分含量不大于0.18%，N的質(zhì)量百分含量不大于
0.026%，H的質(zhì)量百分含量不大于0.005%。
[0008]上述的一種含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，所述含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料的顯微組織由α相、晶界β相、第二相TiB相和第二相TiC相組成，其中α相為片層狀或球狀，TiB相為短棒狀，TiC相為具有浮凸感的不規(guī)則球狀顆粒。
[0009]本發(fā)明的含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料的制備方法為:
[0010]步驟一、將海綿鈦和硼混合壓制成電極塊，然后將所述電極塊置于真空電弧爐中熔煉2次得到TiB合金鑄錠，接著將所述TiB合金鑄錠車屑成屑狀或破碎成顆粒狀，得到TiB中間合金；所述TiB中間合金中B的質(zhì)量百分含量為5%-8% ;所述熔煉過程中第1次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為1200A-1400A，電壓為25V-30V，真空度為5.0 X KT2Pa-6.5 X KT2Pa ;第2次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為2000A-2400A，電壓為25V-30V，真空度為 5.0X KT3Pa -6.5 X KT3Pa ；
[0011]步驟二、將海綿鈦和碳混合壓制成電極塊，然后將所述電極塊置于真空電弧爐中熔煉2次得到TiC合金鑄錠，接著將所述TiC合金鑄錠車屑成屑狀或破碎成顆粒狀，得到TiC中間合金；所述TiC中間合金中C的質(zhì)量百分含量為5%-8% ;所述熔煉過程中第I次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為1200A-1400A，電壓為25V-30V，真空度為5.0 X 10_2Pa-6.5 X KT2Pa ;第2次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為2000A-2400A，電壓為25V-30V，真空度為 5.0X KT3Pa -6.5 X KT3Pa ；
[0012]步驟三、將海綿鈦、鋁豆、釔、AlV合金、步驟一中所述TiB中間合金和步驟二中所述TiC中間合金混合壓制成電極塊；然后將所述電極塊置于感應(yīng)熔煉爐中，在氬氣保護(hù)下預(yù)熔煉2-4次，得到合金錠；接著將所述合金錠置于真空電弧熔煉爐中，在電磁攪拌下反復(fù)熔煉4-6次；所述預(yù)熔煉的工藝參數(shù)為:功率為45KW-55KW，電壓為220V-250V，真空度為6.67X 10_3-6.67X 10_2Pa，每次預(yù)熔煉時(shí)間均為2min-3min ;所述熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為290A-310A，電壓為24V-26V，真空度為1.0Χ10-3-1.5 X KT3Pa;所述反復(fù)熔煉過程中每熔煉完一次將熔煉后的合金錠翻轉(zhuǎn)一次；
[0013]步驟四、采用紫銅模具將步驟三中反復(fù)熔煉后的合金錠澆鑄成鑄棒；
[0014]步驟五、對(duì)步驟四中所述鑄棒進(jìn)行熱等靜壓處理，得到含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料；所述熱等靜壓處理的工藝參數(shù)為:加熱溫度900°C-950°C，氬氣壓力IOOMPa-130MPa，氬氣體積純度不小于99.99%，保溫時(shí)間Ih-4h。
[0015]合金的彈性模量主要與合金成分和相組成有關(guān)。對(duì)于一種合金材料，只有經(jīng)合金化后能形成顯著性能差異的第二相時(shí)，彈性模量才會(huì)有較明顯的變化。本發(fā)明的研究結(jié)果顯示，向鈦合金中添加適當(dāng)含量的硼、碳和稀土元素釔，硼和碳主要以TiB相和TiC相的形式存在，而TiB相的彈性模量高達(dá)350-550GPa，因此其存在于鈦合金中能顯著提高鈦合金的彈性模量；具有粗大柱狀晶粒的鑄造組織很難通過熱處理細(xì)化，稀土元素釔具有良好的細(xì)化晶粒，凈化晶界的作用，合金晶粒得以細(xì)化，強(qiáng)度和剛度及塑性三者都可以提高。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1、本發(fā)明通過向鈦合金中添加B元素和C元素，生成了均勻分布的TiB和TiC增強(qiáng)相，提聞了欽基復(fù)合材料的強(qiáng)度，通過添加Y兀素細(xì)化晶粒、提聞復(fù)合材料塑性；得到的欽基復(fù)合材料具有高熔點(diǎn)硼元素熔煉均勻、小質(zhì)量元素硼和碳揮發(fā)小、顯微組織細(xì)小的特點(diǎn)。
[0018]2、本發(fā)明的鈦基復(fù)合材料，其Rm為1200MPa-1310MPa，Rp0.2為IlOOMPa-1200MPa, A 為 5% -10%，Z 為 10% -15%，E 為 125GPa -155GPa。
[0019]3、本發(fā)明的鈦基復(fù)合材料，顯微組織由α相(片層狀或球狀)、晶界β相、短棒狀第二相TiB相、不規(guī)則的球狀顆粒且具有浮凸感的第二相TiC相組成。[0020]4、本發(fā)明的含稀土元素的鈦基復(fù)合材料可以制成鑄件、棒材、板材等加工產(chǎn)品。
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的鈦基復(fù)合材料的顯微組織圖。
[0023]圖2為T1-6A1_4V的顯微組織圖。
[0024]圖3為T1-6Al_4V-0.5B的顯微組織圖。
[0025]圖4 為 T1-6Al_4V-0.5B-0.5C 的顯微組織圖。
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1的鈦基復(fù)合材料的SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施例1
[0028]本實(shí)施例的含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成:A16.0%，V4.0%，Y0.15%，B0.5%，C0.5%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)。
[0029]本實(shí)施例的鈦基復(fù)合材料的制備方法為:
[0030]步驟一、將海綿鈦和硼混合壓制成電極塊，然后將所述電極塊置于真空電弧爐中熔煉2次得到T1-5B合金鑄錠，接著將所述T1-5B合金鑄錠車屑成屑狀或破碎成顆粒狀，得到T1-5B中間合金；第I次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為1200A，電壓為25V，真空度為6.5 X 10? ;第2次熔煉 的工藝參數(shù)為:熔煉電流為2000A，電壓為25V，真空度為6.5 X KT3Pa ；
[0031]步驟二、將海綿鈦和碳混合壓制成電極塊，然后將所述電極塊置于真空電弧爐中熔煉2次得到T1-5C合金鑄錠，接著將所述T1-5C合金鑄錠車屑成屑狀或破碎成顆粒狀，得到T1-5C中間合金；第I次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為1200A，電壓為25V，真空度為6.5 X 10? ;第2次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為2000A，電壓為25V，真空度為6.5 X KT3Pa ；
[0032]步驟三、將海綿鈦、鋁豆、釔、AlV合金、步驟一中所述Ti_5B中間合金和步驟二中所述T1-5C中間合金按照按名義成分T1-6Al-4V-0.5B-0.5C-0.15Y進(jìn)行配料，混合壓制成電極塊；然后將所述電極塊置于感應(yīng)熔煉爐中，在氬氣保護(hù)下預(yù)熔煉2次，得到合金錠；接著將所述合金錠置于真空電弧熔煉爐中，采用電磁攪拌熔煉反復(fù)熔煉4次，反復(fù)熔煉過程中每熔煉完一次將熔煉后的合金錠翻轉(zhuǎn)一次；所述預(yù)熔煉的工藝參數(shù)為:功率為50KW，電壓為250V，真空度為I X 10_2，每次預(yù)熔煉時(shí)間均為3min ;所述熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為300A,電壓為25V，真空度為1.2 X I(T3 ；
[0033]步驟四、采用紫銅模具將步驟三中反復(fù)熔煉后的合金錠澆鑄成鑄棒；
[0034]步驟五、對(duì)步驟四中所述鑄棒進(jìn)行熱等靜壓處理，得到高彈性模量鈦基復(fù)合材料；所述熱等靜壓處理的工藝參數(shù)為:加熱溫度920°C，氬氣壓力llOMPa，氬氣體積純度為99.995%，保溫時(shí)間2h。
[0035]從本實(shí)施例的鈦基復(fù)合材料上線切割Φ8πιπιΧ10_試樣，進(jìn)行相組成和顯微組織分析，顯微組織分析結(jié)果見圖1。采用本實(shí)施例的方法分別制備T1-6A1-4V、T1-6Al-4V-0.5B和T1-6A1-4V_0.5B-0.5C鈦基復(fù)合材料，其顯微組織分析結(jié)果分別見圖2、圖3和圖4，對(duì)比圖1、圖2、圖3和圖4可以看出，在T1-6A1-4V的基礎(chǔ)上添加0.5%B, 0.5%C和0.15%釔，組成ZTC4/B/C/Y鈦基復(fù)合材料，其顯微組織晶粒明顯細(xì)化。圖5為本實(shí)施例的鈦基復(fù)合材料的SHM照片，從圖中可以看出，鈦基復(fù)合材料中第二相TiB以短棒狀析出，第二相TiC呈不規(guī)則的球狀顆粒，且浮在基體上具有較強(qiáng)的浮凸感。
[0036]實(shí)施例2
[0037]本實(shí)施例的含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成:A16.0%，V4.0%，Y0.1%，B0.5%，C0.5%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)。
[0038]本實(shí)施例的鈦基復(fù)合材料的制備方法與實(shí)施例1相同。
[0039]本實(shí)施例的鈦基復(fù)合材料的顯微組織晶粒明顯細(xì)化，其顯微組織由α相(片層狀或球狀)、晶界β相、短棒狀第二相TiB相、不規(guī)則的球狀顆粒且具有浮凸感的第二相TiC相組成。
[0040]實(shí)施例3
[0041]本實(shí)施例的含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成:Α16.0%，V4.0%，Υ0.18%，Β0.5%，C0.5%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)。
[0042]本實(shí)施例的鈦基復(fù)合材料的制備方法與實(shí)施例1相同。
[0043]本實(shí)施例的鈦基復(fù)合材料的顯微組織晶粒明顯細(xì)化，其顯微組織由α相(片層狀或球狀)、晶界β相、短棒狀第二相TiB相、不規(guī)則的球狀顆粒且具有浮凸感的第二相TiC相組成。
[0044]實(shí)施例4 [0045]本實(shí)施例的含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成:Α15.5%，V3.5%，Υ0.1%，Β0.2%，C0.2%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)。
[0046]本實(shí)施例的鈦基復(fù)合材料的制備方法為:
[0047]步驟一、將海綿鈦和硼混合壓制成電極塊，然后將所述電極塊置于真空電弧爐中熔煉2次得到T1-8B合金鑄錠，接著將所述T1-8B合金鑄錠車屑成屑狀或破碎成顆粒狀，得到T1-8B中間合金；第I次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為1400A，電壓為30V，真空度為5.0X10_2Pa ;第2次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為2400A，電壓為30V，真空度為
5.0XKT3Pa ；
[0048]步驟二、將海綿鈦和碳混合壓制成電極塊，然后將所述電極塊置于真空電弧爐中熔煉2次得到T1-8C合金鑄錠，接著將所述T1-8C合金鑄錠車屑成屑狀或破碎成顆粒狀，得到T1-8C中間合金；第I次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為1400A，電壓為30V，真空度為5.0X10_2Pa ;第2次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為2400A，電壓為30V，真空度為
5.0XKT3Pa ；
[0049]步驟三、將海綿鈦、鋁豆、釔、AlV合金、步驟一中所述Ti_8B中間合金和步驟二中所述T1-8C中間合金按照按名義成分T1-5.5A1-3.5V-0.2B-0.2C-0.1Y進(jìn)行配料，混合壓制成電極塊；然后將所述電極塊置于感應(yīng)熔煉爐中，在氬氣保護(hù)下預(yù)熔煉3次，得到合金錠；接著將所述合金錠置于真空電弧熔煉爐中，采用電磁攪拌熔煉反復(fù)熔煉5次，反復(fù)熔煉過程中每熔煉完一次將熔煉后的合金錠翻轉(zhuǎn)一次；所述預(yù)熔煉的工藝參數(shù)為:功率為55KW，電壓為220V，真空度為6.67X10_2，每次預(yù)熔煉時(shí)間均為2min ;所述熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為290A,電壓為24V，真空度為1.0X10-3 ；[0050]步驟四、采用紫銅模具將步驟三中反復(fù)熔煉后的合金錠澆鑄成鑄棒；
[0051]步驟五、對(duì)步驟四中所述鑄棒進(jìn)行熱等靜壓處理，得到高彈性模量鈦基復(fù)合材料；所述熱等靜壓處理的工藝參數(shù)為:加熱溫度950°C，氬氣壓力lOOMPa，氬氣體積純度為99.99%，保溫時(shí)間Ih。
[0052]本實(shí)施例的鈦基復(fù)合材料的顯微組織晶粒明顯細(xì)化，其顯微組織由α相(片層狀或球狀)、晶界β相、短棒狀第二相TiB相、不規(guī)則的球狀顆粒且具有浮凸感的第二相TiC相組成。
[0053]實(shí)施例5
[0054]本實(shí)施例的含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成:Α15.5%，V4.5%，Υ0.2%，B2%, C2%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)。
[0055]本實(shí)施例的鈦基復(fù)合材料的制備方法為:
[0056]步驟一、將海綿鈦和硼混合壓制成電極塊，然后將所述電極塊置于真空電弧爐中熔煉2次得到T1-6B合金鑄錠，接著將所述T1-6B合金鑄錠車屑成屑狀或破碎成顆粒狀，得到T1-6B中間合金；第I次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為1300A，電壓為28V，真空度為6.0X10_2Pa ;第2次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為2200A，電壓為28V，真空度為6.0X10_3Pa ；
[0057]步驟二、將海綿鈦和碳混合壓制成電極塊，然后將所述電極塊置于真空電弧爐中熔煉2次得到Ti_6C合金鑄錠，接著將所述Ti_6C合金鑄錠車屑成屑狀或破碎成顆粒狀，得到T1-6C中間合金；第I次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為1300A，電壓為28V，真空度為6.0X10_2Pa ;第2次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為2200A，電壓為28V，真空度為
6.0X10_3Pa ；
[0058]步驟三、將海綿鈦、鋁豆、釔、AlV合金、步驟一中所述Ti_6B中間合金和步驟二中所述T1-6C中間合金按照按名義成分T1-5.5A1-4.5V-2B-2C-0.2Y進(jìn)行配料，混合壓制成電極塊；然后將所述電極塊置于感應(yīng)熔煉爐中，在氬氣保護(hù)下預(yù)熔煉4次，得到合金錠；接著將所述合金錠置于真空電弧熔煉爐中，采用電磁攪拌熔煉反復(fù)熔煉6次，反復(fù)熔煉過程中每熔煉完一次將熔煉后的合金錠翻轉(zhuǎn)一次；所述預(yù)熔煉的工藝參數(shù)為:功率為45KW，電壓為230V，真空度為6.67父10-3，4次預(yù)熔煉時(shí)間依次為311-11、31-11、21-11、21-11 ;所述熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為290A，電壓為26V，真空度為1.5 X10_3 ；
[0059]步驟四、采用紫銅模具將步驟三中反復(fù)熔煉后的合金錠澆鑄成鑄棒；
[0060]步驟五、對(duì)步驟四中所述鑄棒進(jìn)行熱等靜壓處理，得到高彈性模量鈦基復(fù)合材料；所述熱等靜壓處理的工藝參數(shù)為:加熱溫度900°C，氬氣壓力120MPa，氬氣體積純度為99.995%，保溫時(shí)間3h。
[0061]本實(shí)施例的鈦基復(fù)合材料的顯微組織晶粒明顯細(xì)化，其顯微組織由α相(片層狀或球狀)、晶界β相、短棒狀第二相TiB相、不規(guī)則的球狀顆粒且具有浮凸感的第二相TiC相組成。
[0062]實(shí)施例6
[0063]本實(shí)施例的含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成:Α16.5%，V4.5%，Υ0.1%，Β0.2%，C0.2%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)。
[0064]本實(shí)施例的鈦基復(fù)合材料的制備方法為:[0065]步驟一、將海綿鈦和硼混合壓制成電極塊，然后將所述電極塊置于真空電弧爐中熔煉2次得到T1-5B合金鑄錠，接著將所述T1-5B合金鑄錠車屑成屑狀或破碎成顆粒狀，得到T1-5B中間合金；第I次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為1200A，電壓為25V，真空度為6.5 X 10? ;第2次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為2000A，電壓為25V，真空度為
6.5 X KT3Pa ；
[0066]步驟二、將海綿鈦和碳混合壓制成電極塊，然后將所述電極塊置于真空電弧爐中熔煉2次得到T1-8C合金鑄錠，接著將所述T1-8C合金鑄錠車屑成屑狀或破碎成顆粒狀，得到T1-8C中間合金；第I次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為1400A，電壓為30V，真空度為5.0X10_2Pa ;第2次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為2400A，電壓為30V，真空度為
5.0XKT3Pa ；
[0067]步驟三、將海綿鈦、鋁豆、釔、AlV合金、步驟一中所述Ti_5B中間合金和步驟二中所述T1-8C中間合金按照按名義成分T1-6.5A1-4.5V-0.2B-0.2C-0.1Y進(jìn)行配料，混合壓制成電極塊；然后將所述電極塊置于感應(yīng)熔煉爐中，在氬氣保護(hù)下預(yù)熔煉3次，得到合金錠；接著將所述合金錠置于真空電弧熔煉爐中，采用電磁攪拌熔煉反復(fù)熔煉5次，反復(fù)熔煉過程中每熔煉完一次將熔煉后的合金錠翻轉(zhuǎn)一次；所述預(yù)熔煉的工藝參數(shù)為:功率為50KW，電壓為250V，真空度為1X10_2，每次預(yù)熔煉時(shí)間均為3min ;所述熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為300A,電壓為25V，真空度為1.2 X 10_3 ；
[0068]步驟四、采用紫銅模具將步驟三中反復(fù)熔煉后的合金錠澆鑄成鑄棒；
[0069]步驟五、對(duì)步驟四中所述鑄棒進(jìn)行熱等靜壓處理，得到高彈性模量鈦基復(fù)合材料；所述熱等靜壓處理的工藝參數(shù)為:加熱溫度900°C，氬氣壓力130MPa，氬氣體積純度為99.99%，保溫時(shí)間4h。
`[0070]本實(shí)施例的鈦基復(fù)合材料的顯微組織晶粒明顯細(xì)化，其顯微組織由α相(片層狀或球狀)、晶界β相、短棒狀第二相TiB相、不規(guī)則的球狀顆粒且具有浮凸感的第二相TiC相組成。
[0071]實(shí)施例7
[0072]本實(shí)施例的含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成:Α16.5%，V5.5%，Υ0.2%，B1.0%，Cl.0%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)。
[0073]本實(shí)施例的鈦基復(fù)合材料的制備方法為:
[0074]步驟一、將海綿鈦和硼混合壓制成電極塊，然后將所述電極塊置于真空電弧爐中熔煉2次得到T1-5B合金鑄錠，接著將所述T1-5B合金鑄錠車屑成屑狀或破碎成顆粒狀，得到T1-5B中間合金；第I次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為1300A，電壓為26V，真空度為5.0X10_2Pa ;第2次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為2000A，電壓為25V，真空度為
6.5 X KT3Pa ；
[0075]步驟二、將海綿鈦和碳混合壓制成電極塊，然后將所述電極塊置于真空電弧爐中熔煉2次得到Ti_5C合金鑄錠，接著將所述Ti_5C合金鑄錠車屑成屑狀或破碎成顆粒狀，得到T1-5C中間合金；第I次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為1200A，電壓為25V，真空度為6.5 X 10? ;第2次熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為2200A，電壓為26V，真空度為
6.0X10_3Pa ；
[0076]步驟三、將海綿鈦、鋁豆、釔、AlV合金、步驟一中所述Ti_5B中間合金和步驟二中所述T1-5C中間合金按照按名義成分T1-6.5A1-5.5V-1.0B-1.0C-0.2Y進(jìn)行配料，混合壓制成電極塊；然后將所述電極塊置于感應(yīng)熔煉爐中，在氬氣保護(hù)下預(yù)熔煉2次，得到合金錠；接著將所述合金錠置于真空電弧熔煉爐中，采用電磁攪拌熔煉反復(fù)熔煉6次，反復(fù)熔煉過程中每熔煉完一次將熔煉后的合金錠翻轉(zhuǎn)一次；所述預(yù)熔煉的工藝參數(shù)為:功率為45KW，電壓為250V，真空度為1.5Χ10-2，6次預(yù)熔煉時(shí)間依次為2min、2min、3min、3min、3min、2min ;所述熔煉的工藝參數(shù)為:熔煉電流為310A，電壓為25V，真空度為1.2X 10_3 ；
[0077]步驟四、采用紫銅模具將步驟三中反復(fù)熔煉后的合金錠澆鑄成鑄棒；
[0078]步驟五、對(duì)步驟四中所述鑄棒進(jìn)行熱等靜壓處理，得到高彈性模量鈦基復(fù)合材料；所述熱等靜壓處理的工藝參數(shù)為:加熱溫度940°C，氬氣壓力llOMPa，氬氣體積純度為99.995%，保溫時(shí)間2h。
[0079]本實(shí)施例的鈦基復(fù)合材料的顯微組織晶粒明顯細(xì)化，其顯微組織由α相(片層狀或球狀)、晶界β相、短棒狀第二相TiB相、不規(guī)則的球狀顆粒且具有浮凸感的第二相TiC相組成。
[0080]對(duì)實(shí)施例1至實(shí)施例7的鈦基復(fù)合材料進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表1:
[0081 ] 表I實(shí)施例1至實(shí)施例7的鈦基復(fù)合材料的O、N、H含量[0082]
【權(quán)利要求】
1.一種含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，其特征在于，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成:A15.5% ?6.5%, V3.5% ?5.5%, Y0.1% ?0.2%, B0.2% ?2.0%, C0.2% ?2.0%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)；所述含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度Rm為1200MPa?1310MPa，彈性模量E為125GPa?155GPa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，其特征在于，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成:A16.0%，V4.0%，Y0.15%，B0.5%，C0.5%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，其特征在于，所述含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料中O的質(zhì)量百分含量不大于0.18%，N的質(zhì)量百分含量不大于0.026%, H的質(zhì)量百分含量不大于0.005%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料，其特征在于，所述含稀土元素的高強(qiáng)度高彈性模量鈦基復(fù)合材料的顯微組織由α相、晶界β相、第二相TiB相和第二相TiC相組成，其中α相為片層狀或球狀，TiB相為短棒狀，TiC相為 具有浮凸感的不規(guī)則球狀顆粒。
【文檔編號(hào)】C22C1/02GK103436734SQ201310433325
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】戚運(yùn)蓮, 曾立英, 侯智敏, 趙彬, 洪權(quán), 毛小南, 趙軍, 劉時(shí)兵, 謝華生 申請(qǐng)人:西北有色金屬研究院, 沈陽鑄造研究所