一种改善变截面TiC/Ti复合材料铸件力学性能的热处理方法技术

一种改善变截面TiC/Ti复合材料铸件力学性能的热处理方法，包括以下步骤：(1)称取C粉，海绵钛，高纯铝，海绵锆等原料，利用铝箔将C粉包裹成多份，并利用液压机将上述原料压制成多个预制块；(2)将预制块放入真空水冷铜坩埚感应炉中进行感应加热，熔化后的复合材料熔体分别浇注到壁厚范围为6mm‑18mm型腔中，得到壁厚不同的TiC/Ti复合材料铸件；(3)采用箱式电阻炉对所述TiC/Ti复合材料铸件进行热处理，即将炉温度升到设定的热处理温度，再将整个TiC/Ti复合材料铸件放入热处理炉，保温，将所述TiC/Ti复合材料铸件冷却到室温。本发明专利技术的热处理方法克服了因壁厚不同导致的力学性能的差异。

A heat treatment method for improving mechanical properties of variable cross-section TiC/Ti composite castings

A heat treatment method for improving the mechanical properties of TiC/Ti composite castings with variable cross-section includes the following steps: (1) weighing C powder, sponge titanium, high purity aluminum, sponge zirconium and other raw materials, wrapping C powder into multiple parts by aluminum foil, and pressing the above raw materials into multiple prefabricated blocks by hydraulic press; (2) placing the prefabricated blocks in a vacuum water-cooled copper crucible. Induction heating was carried out in induction furnace, and the melt of the melted composite was poured into the cavity with a wall thickness of 6mm_18mm, and the TiC/Ti composite castings with different wall thickness were obtained. (3) The TiC/Ti composite castings were heat treated by box resistance furnace, the furnace temperature was raised to the set heat treatment temperature, and then the whole T. The iC/Ti composite castings are placed in a heat treatment furnace and kept warm. The TiC/Ti composite castings are cooled to room temperature. The heat treatment method of the invention overcomes the difference of mechanical properties caused by different wall thickness.

【技术实现步骤摘要】
一种改善变截面TiC/Ti复合材料铸件力学性能的热处理方法
本专利技术涉及一种复合材料的处理方法，具体是一种改善变截面TiC/Ti复合材料铸件力学性能的热处理方法。
技术介绍
钛基复合材料即又具有金属性能(良好的塑性和韧性)，又具有陶瓷特性(高强度和高模量)，与钛基体相比，复合材料具有更高的比强度、比模量、良好的高温性能等，更重要的是其服役温度更高。因此，钛基复合材料在多个应用领域，特别是航空航天领域，备受关注。目前，颗粒增强钛基复合材料的制备方法大致可以分为熔铸法和粉末冶金法两大类。相对于粉末冶金法，熔铸法制备钛基复合材料具有更加明显的优点，如制备工艺简单，快速成型，灵活性很高，可制备大尺寸复杂铸件，铸件致密度较高。近年来，TiC颗粒增强钛基复合材料引起国内外研究人员的关注。一方面是TiC颗粒具有较优异的性能，如弹性模量高，且热稳定好；另一方面TiC相的形貌可通过热处理来改善，因为TiC可以在热处理过程中得以粒化。通常钛基复合材料铸件的结构复杂，壁厚差异大，先凝固位置的组织相对细小，壁厚薄的位置相对壁厚大的组织也比较细小，这势必造成钛基复合材料铸件不同位置处存在力学性能差异。鉴于此情况，需要开发出一种处理方法来消除因钛基复合材料壁厚不同导致的凝固顺序不同，从而引起的力学性能的差异，这对扩大钛基复合材料在航空航天、汽车制造等领域的应用提供有效的路径。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种改善变截面TiC/Ti复合材料铸件力学性能的热处理方法，以解决因壁厚不同导致制备的钛基复合材料的力学性能差异较大的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种改善变截面TiC/Ti复合材料铸件力学性能的热处理方法，包括以下步骤：(1)称取C粉，海绵钛，高纯铝，海绵锆等原料，利用铝箔将C粉包裹成多份，并利用液压机将上述原料压制成多个预制块；(2)将所述预制块放入真空水冷铜坩埚感应炉中进行感应加热，熔化后的复合材料熔体分别浇注到壁厚范围为6mm-18mm型腔中，得到壁厚不同的TiC/Ti复合材料铸件；(3)采用箱式电阻炉对所述TiC/Ti复合材料铸件进行热处理，即将炉温升到设定的热处理温度，再将整个TiC/Ti复合材料铸件放入热处理炉，进行保温，随后将所述TiC/Ti复合材料铸件缓慢冷却到室温。优选的，步骤(1)中的所述液压机的压制压力为30MPa。优选的，步骤(3)中的所述热处理温度为1130℃。优选的，步骤(3)中的所述保温，持续时间为10min。优选的，步骤(3)中的所述冷却的速度为10℃/min。本专利技术的热处理方法，使用热处理的方法对钛基复合材料进行处理，经过压制成预制块使得复合材料形态稳定，之后对其进行升温融化浇注到一定壁厚范围内的型腔中，通过升温至其相变点以上温度，之后保温足够长时间，且以缓慢的速度对其冷却。此种热处理方法使得钛基复合材料的形核均匀，所以其力学性能更加稳定，克服了因壁厚不同导致的力学性能的差异。附图说明图1是壁厚为6mm的钛基复合材料热处理后的铸态组织图，图2是壁厚为12mm的钛基复合材料热处理后的铸态组织图，图3是壁厚为18mm的钛基复合材料热处理后的铸态组织图，图4是壁厚为18mm的钛基复合材料热处理后的显微图；具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1一种改善变截面TiC/Ti复合材料铸件力学性能的热处理方法，包括以下步骤：(1)称取C粉，海绵钛，高纯铝，海绵锆等原料，利用铝箔将C粉包裹成多份，并利用液压机将上述原料压制成多个预制块，压制压力为30MPa。(2)将所述预制块放入真空水冷铜坩埚感应炉中进行感应加热，熔化后的复合材料熔体分别浇注到壁厚范围为6mm型腔中，得到壁厚不同的TiC/Ti复合材料铸件。(3)采用箱式电阻炉对所述TiC/Ti复合材料铸件进行热处理，即将炉温度升到设定的1130℃的热处理温度，再将整个TiC/Ti复合材料铸件放入热处理炉，进行保温10min，随后将所述TiC/Ti复合材料铸件以10℃/min的冷却速度缓慢冷却到室温。热处理时的热处理温度，需达到此种复合材料β相变点以上，采用金相法测定此钛基复合材料的β相变点，该方法的过程为从1130℃保温1h后逐渐降温，选取数个降温点，每个降温点相差5℃，每个降温点保温30min，随后对其淬火处理，对每个降温点处理的试样进行金相分析，观察组织是否有α相析出，测定出此钛基复合材料的β相变点为1110℃。实施例2一种改善变截面TiC/Ti复合材料铸件力学性能的热处理方法，包括以下步骤：(1)称取C粉，海绵钛，高纯铝，海绵锆等原料，利用铝箔将C粉包裹成多份，并利用液压机将上述原料压制成多个预制块，压制压力为30MPa。(2)将所述预制块放入真空水冷铜坩埚感应炉中进行感应加热，熔化后的复合材料熔体分别浇注到壁厚范围为12mm型腔中，得到壁厚不同的TiC/Ti复合材料铸件。(3)采用箱式电阻炉对所述TiC/Ti复合材料铸件进行热处理，即将炉温度升到设定的1130℃的热处理温度，再将整个TiC/Ti复合材料铸件放入热处理炉，进行保温10min，随后将所述TiC/Ti复合材料铸件以10℃/min的冷却速度缓慢冷却到室温。热处理时的热处理温度，需达到此种复合材料β相变点以上，采用金相法测定此钛基复合材料的β相变点，该方法的过程为从1130℃保温1h后逐渐降温，选取数个降温点，每个降温点相差5℃，每个降温点保温30min，随后对其淬火处理，对每个降温点处理的试样进行金相分析，观察组织是否有α相析出，测定出此钛基复合材料的β相变点为1110℃。实施例3一种改善变截面TiC/Ti复合材料铸件力学性能的热处理方法，包括以下步骤：(1)称取C粉，海绵钛，高纯铝，海绵锆等原料，利用铝箔将C粉包裹成多份，并利用液压机将上述原料压制成多个预制块，压制压力为30MPa。(2)将所述预制块放入真空水冷铜坩埚感应炉中进行感应加热，熔化后的复合材料熔体分别浇注到壁厚范围为18mm型腔中，得到壁厚不同的TiC/Ti复合材料铸件。(3)采用箱式电阻炉对所述TiC/Ti复合材料铸件进行热处理，即将炉温度升到设定的1130℃的热处理温度，再将整个TiC/Ti复合材料铸件放入热处理炉，进行保温10min，随后将所述TiC/Ti复合材料铸件以10℃/min的冷却速度缓慢冷却到室温。热处理时的热处理温度，需达到此种复合材料β相变点以上，采用金相法测定此钛基复合材料的β相变点，该方法的过程为从1130℃保温1h后逐渐降温，选取数个降温点，每个降温点相差5℃，每个降温点保温30min，随后对其淬火处理，对每个降温点处理的试样进行金相分析，观察组织是否有α相析出，测定出此钛基复合材料的β相变点为1110℃。对以上三组实施例得到的钛基复合材料进行观察其铸态组织和显微组织，得到结果分别如图1、2、3所示。通过对比，从图1中可以观察到复合材料基体为具有网篮特征的全片层组织，α片层和α集束异常细小；从图3中可以观察到复合材料基体仍然为具有网篮特征的全片层组织，但α片层和α集束的尺寸明显增加；且从图4中可以观察到α相呈等轴形貌。通过对以上三种实施例所制备的钛基复合材料进行各项室温力学性能的测试，得到表1，可得出，经过此热处理方法处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善变截面TiC/Ti复合材料铸件力学性能的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取C粉，海绵钛，高纯铝，海绵锆等原料，利用铝箔将C粉包裹成多份，并利用液压机将上述原料压制成多个预制块；(2)将所述预制块放入真空水冷铜坩埚感应炉中进行感应加热，熔化后的复合材料熔体分别浇注到壁厚范围为6mm‑18mm型腔中，得到壁厚不同的TiC/Ti复合材料铸件；(3)采用箱式电阻炉对所述TiC/Ti复合材料铸件进行热处理，即将炉温度升到设定的热处理温度，再将整个TiC/Ti复合材料铸件放入热处理炉，进行保温，随后将所述TiC/Ti复合材料铸件缓慢冷却到室温。

【技术特征摘要】
1.一种改善变截面TiC/Ti复合材料铸件力学性能的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取C粉，海绵钛，高纯铝，海绵锆等原料，利用铝箔将C粉包裹成多份，并利用液压机将上述原料压制成多个预制块；(2)将所述预制块放入真空水冷铜坩埚感应炉中进行感应加热，熔化后的复合材料熔体分别浇注到壁厚范围为6mm-18mm型腔中，得到壁厚不同的TiC/Ti复合材料铸件；(3)采用箱式电阻炉对所述TiC/Ti复合材料铸件进行热处理，即将炉温度升到设定的热处理温度，再将整个TiC/Ti复合材料铸件放入热处理炉，进行保温，随后将所述TiC/Ti复合材料铸件缓慢冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚继球，隋艳伟，任耀剑，委福祥，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32