[发明专利]一种钛基复合材料控制晶须特征的方法

说明书

本发明属于金属材料加工领域，特别涉及一种钛基复合材料控制晶须特征的方法。本发明所述的钛基复合材料控制晶须特征的方法，包括以下步骤锻造：1）初步混合粉体的制备，2）复合坯料的制备，3）单向锻造或多向锻造，得具有不同晶须特征的钛基复合材料；所得钛基复合材料：基体为纯钛或钛合金，其锻后晶粒尺寸细化至20μm以下，晶须增强体为TiB或TiC，其形态为细长棒状，直径约0.2~4μm，长径比4~20，抗拉强度为1100~1450MPa；晶须分布特征为沿锻后基体颗粒边缘的空间非均匀分布，随基体形态的改变而变，且晶须自身长轴方向与变形过程有关。

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，特别涉及一种钛基复合材料控制晶须特征的方法。

背景技术

晶须增强金属基复合材料是以金属或合金为基体，以各种晶须增强的复合材料。按金属或合金基体的不同，可分为铝基、镁基、铜基、钛基、镍基、高温合金基、金属间化合物及难熔金属基等，使用的晶须有SiC、Si₃N₄、Al₂O₃·B₂O₃、K₂O·6TiO₂、TiB₂、TiC、ZnO等。这类复合材料具有高的强度和模量；横向力学性能高，综合力学性能较好，具有良好的高温性能；还具有导热、导电、耐磨损；热膨胀系数小、尺寸稳定性好、阻尼性好等特点。晶须增强铝基复合材料的制备工艺较成熟，正向实用化发展，而钛基和金属间化合物基等高温合金基复合材料由于加工温度高，界面控制困难，工艺复杂，还不够成熟。主要应用对象是航空、航天等领域。

控制晶须特征的钛基复合材料由于具有比强度高等诸多优异的性能，成为一种重要的金属结构材料而被应用在了航空、航天和武器装备领域。然而，控制晶须特征的钛基复合材料本身的室温脆性、后续加工困难等问题却制约了其的发展与应用。因此，提高塑性、改善加工性能成为目前钛基复合材料研究的关键性问题。

近些年来，调控增强体的特征与分布被认为是改善非均匀增强钛基复合材料强度与塑性的有效方法之一；另一方面，材料基体组织细化也是提高塑性、强度的有效手段之一，故对材料进行后续的热加工是种不错的选择，目前并没有能有效控制晶须特征的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛基复合材料控制晶须特征的方法，解决目前没有能够有效控制钛合金复合材料晶须特征方法的技术问题，从而调控钛合金复合材料强度和塑性。

本发明所述的钛基复合材料控制晶须特征的方法，步骤包括：

1）初步混合粉体的制备

通过球磨将增强体或其原料粘附在基体表面，获得初步混合粉体；

其中：基体为纯钛或钛合金，其初始颗粒等效粒径为40~200μm；增强体或其原料为纯硼、TiB₂或B₄C；

2）复合坯料的制备

将初步混合粉体烧结，得到复合坯料；

3）将复合坯料升温，保温，锻造得具有不同晶须特征的钛基复合材料；

其中：锻造为单向锻造或多项锻造，

所得钛基复合材料，基体为钛合金，其锻后晶粒尺寸细化至20μm以下，晶须增强体为TiB或TiC，其形态为细长棒状，直径为0.2~4μm，长径比4~20；晶须分布特征为沿锻后基体颗粒边缘的空间非均匀分布；抗拉强度为1100~1450MPa。

优选的，单向锻造步骤为：沿钛基复合坯料单一方向锻造一个或若干工步，至累积等效应变大于0.6，基体组织由破碎的片层组织逐渐变为等轴状组织；所得钛基复合材料中基体颗粒呈扁椭球状，分布在基体边缘准连续晶须所构成的空间结构为扁椭球面分布，椭球扁率0.60~0.95，所得钛基复合材料抗拉强度为1100~1250MPa。