[发明专利]一种添加氮化锆实现高温钛合金复合强化的方法

说明书

一种添加氮化锆实现高温钛合金复合强化的方法，本发明涉及一种添加氮化锆实现高温钛合金复合强化的方法。本发明通过添加一种新型的晶粒细化剂ZrN，利用ZrN中的Zr元素代替高温钛合金中Zr，细化剂ZrN的加入量取决于高温钛合金中Zr的含量。添加ZrN后，能够有效的细化高温钛合金的晶粒，从而实现钛合金的细晶强化，同时，还可以向高温钛合金中引入大量的N元素，根据Ti+N＝TiN反应式，N与基体中的Ti结合形成大量弥散细小的TiN，从而实现第二相强化。因此，通过向合金中加入ZrN，在保证合金中Zr元素固溶强化的同时，还可以同时实现细晶强化和第二相强化叠加。本发明可以有效的提升高温钛合金的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种添加氮化锆实现高温钛合金复合强化的方法。

背景技术

钛合金具有密度低、比强度高、比模量高、无磁性、耐腐蚀以及可焊接等优点，被广泛应用于航空航天、军工等领域。近年来，随着航空航天飞行器的速度越来越高，对航空航天飞行器及其动力系统中使用的高温结构材料力学性能也提出了更为严苛的要求。作为应用于航空航天领域关键部件的结构材料，室温或高温强度是衡量高温钛合金可靠性的重要指标。因此，如何提升高温钛合金的室温或高温强度具有十分重要的意义。

目前高温钛合金的主要强化方式包括细晶强化、固溶强化、第二相强化等。但是目前高温钛合金中加入一定量的Al、Sn、Zr、Si等元素进行固溶强化，同时通过高温钛合金中的Ti₃Al相和硅化物相进行第二相强化。对于某些高温钛合金基复合材料，增强体的存在能够细化晶粒，实现细晶强化和第二相强化的叠加。但是在高温钛合金中仅通过细化剂的加入即可实现固溶强化、细晶强化、第二相强化三重强化效应的叠加，目前还缺乏文献报道。

发明内容

本发明是为了解决现有存在现有高温钛合金强度低的问题，而提供一种添加氮化锆实现高温钛合金复合强化的方法。

一种添加氮化锆实现高温钛合金复合强化的方法具体按以下步骤进行：

一、按照终产物含锆高温钛合金的名义化学成分计算各元素的质量百分比，按照其所含的各元素进行配料，得到待熔原料；配料过程中Ti元素由海绵钛提供、Zr元素由ZrN提供、其余元素由其纯金属或中间合金提供；

二、对待熔原料进行熔炼，得到待热处理高温钛合金铸锭；

三、将待热处理高温钛合金铸锭进行均匀化退火，随后随炉冷却，得到氮化锆增强含锆高温钛合金。

本发明的有益效果是：

本发明与CN201210374505.5，一种高温钛合金及其制备方法本课题组提出的一种新型近α高温钛合金的制备方法，通过提高Zr含量并加入Nb、W等高熔点元素将高温钛合金的短时使用温度提升至650℃～700℃，并具备优异的力学性能。本发明适用于所有含Zr的高温钛合金，包含CN201210374505.5，一种高温钛合金及其制备方法中提到的高温钛合金，通过ZrN的加入，能够实现固溶强化、细晶强化和第二项强化三种强化效应的叠加，从而能够进一步提升高温钛合金的强度。

本发明中只需向高温钛合金中加入细化剂ZrN，实现晶粒细化，同时合金中含有原位反应合成的TiN和固溶的Zr元素，即在保证Zr元素固溶强化的同时，可实现细晶强化及TiN第二相强化等多种强化方式的叠加，从而显著提升高温钛合金强度。本发明涉及的高温钛合金，利用现有的高温钛合金熔炼设备及工艺即可生产，不会增加额外制备成本，具有重要商业价值和广阔的应用前景。

附图说明

图1为未添加ZrN的TA15合金及含有ZrN的TA15合金的室温拉伸性能；

图2为未添加ZrN的Ti60合金及含有ZrN的Ti60合金的室温拉伸性能；

图3为未添加ZrN的Ti6242合金及含ZrN的Ti6242合金的室温拉伸性能；