[发明专利]改善钛基内生非晶复合材料力学性能的热加工方法

说明书

改善钛基内生非晶复合材料力学性能的热加工方法，所述钛基内生非晶复合材料是按原子数百分比Ti₄₀Zr₂₄V₁₂Cu₅Be₁₉；所述的非晶复合材料加热至过冷液相温度区间、保温3~10分钟、变形时应变率范围为0.0001/s~0.01/s、且变形量在4%~40%应变量后，大气环境冷却至室温。本发明的非晶复合材料具有屈服强度是1510MPa~1960MPa，断裂应变是24.5%~3.6%的性能。本发明具有通过优化内生非晶复合材料组织来制备高强度、高塑性复合材料的优点。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种改善钛基内生晶体相增韧的非晶复合材料室温力学性能的二次变形加工方法。这种方法同样适用于其它由内生晶体相与非晶相组成的非晶复合材料。

背景技术

钛基非晶合金因其混乱排列的原子结构，具有晶态合金无法比拟的力学性能，如高强度、高硬度、弹性性能优良等，使其在航空、航天领域具有巨大的应用前景。然而，非晶合金室温变形通过高度局域的剪切带来实现，拉伸断裂无任何塑性，严重制约了其结构工程应用。内生钛基非晶复合材料是在非晶基体上原位生成β钛枝晶，兼有晶体钛合金与钛基非晶合金的优点，室温呈现大的“加工硬化”阶段。与传统钛合金相比，Ti₄₄Zr₂₀V₁₂Cu₅Be₁₉非晶复合材料不仅强度高(抗拉强度1640 MPa)、塑性高(拉伸断裂应变15.5 %)、韧性高(断裂韧性介于43.8-61.6 MPa m^1/2)，还具有密度低(4.97-5.2 g/cm³)、比强度高(315 MPa·cm³/g)等优点。此外，这类材料不像单相非晶受玻璃形成能力的严格制约，不需要形成全非晶相，能够形成大尺寸的铸锭，如张海峰等铸造出150 g、直径达50 mm 的Ti₅₀Zr₂₃Ni₃Cu₆Be₁₈非晶复合材料。因此，内生钛基非晶复合材料在航空、航天、汽车、建筑、体育用品等领域有重要的应用前景。

已有研究表明，非晶合金在0.7T_g以上变形时发生均匀流变(T_g为玻璃转变点)，T_x以上发生晶化行为(T_x为晶化温度)。非晶合金过冷液相区变形时发生牛顿流变，变形抗力很低，试样整体均匀变形，呈现优越的超塑成形能力，特别是Nieh等发现镧基非晶过冷液相区可实现20000% 的拉伸变形。因此，美国液态金属公司、中国宜安科技等企业对单相非晶合金在过冷液相温度区进行加工成形，得到诸多异行件，这为单相非晶合金的热加工成型及工程应用提供了良好的途径。但是单相非晶合金热加工后其室温脆性仍未解决，仍然不能大规模的作为结构件工程应用。为此，对内生β-Ti增韧的钛基非晶复合材料而言，研究人员研究出两种可选途径：一是通过过冷液相温度区间一次加工成型，另一是通过铜模吸铸工艺。然而，过冷液相温度区间一次加工成型非晶复合材料工艺要求复杂，如要求高真空高纯氩气环境等；铸造试样受铜模冷却速率的影响，难以制备出较大尺寸或异性结构件，一般试件尺寸为毫米级，同时铸造出的材料难于避免疏松缩孔等缺陷。这不利于这类金属基复合材料的实际加工成型及其结构工程应用。

发明内容

本发明目的在于通过对吸铸工艺得到的钛基内生晶体相增韧的非晶复合材料进行二次变形加工以改善该材料的室温力学性能，从而得到高强度和良好塑性的非晶复合材料。本发明提供了一种有效改善内生非晶复合材料室温塑性和加工硬化能力的方法，且工艺简单易行。

本发明的技术方案：改善钛基内生非晶复合材料力学性能的热加工方法，包括下述内容：

（1）制备原材料