钛基复合材料制造技术

一种具有钛合金增强相的钛基复合材料，不含Ｍｏ和Ｆｅ，含有（重量％）：Ｓｉ约９－约２０％，Ａ１约２－约１３％，Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃ和Ｂ中至少选一种元素约０．０１－约１５％，Ｔｉ余量。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及其中具有共晶形成的钛合金增强的高硅含量钛基复合材料，更具体地是涉及具有至少含硅、铝、锆、锰、铬、钼、碳、铁和硼中的两种元素的共晶形成的钛合金增强的高硅含量钛基复合材料。钛基的金属基复合材料用于高负荷支承用途，例如用于飞机和高压缩柴油机部件。作为增强部分在这些复合材料中优先使用陶瓷材料。这些金属陶瓷复合材料大多需要如低密度、高抗拉强度、高抗断裂性、高温稳定性和低导热性这些性质。金属陶瓷复合材料保持各组分材料最需要的性能，即陶瓷的低密度、低导热性和高温稳定性，金属的高抗拉强度和高抗断裂性。当适当复合时这些金属基陶瓷复合材料拥有组分材料两者的最好性能。要使金属基陶瓷复合材料达到最佳性能，合金的处理条件和为尺寸稳定的合金热循环处理必须小心进行。其他人已建议了许多钛金属复合材料。专利技术人证书USSRSS6191中Glazunor等人公开了一种广泛使用的钛复合材料Ti-6A1-4V。Glazunor等人进一步公开了另一种复合材料Ti-5.5A-2Srl-2Zr-4.5v-2Mo-1.5Cr-0.7Fe-0.2Cu-0.2C。该合金的抗拉强度接近1400MPa，而相对延伸率接近10％。欧洲专利申请EP0243056中Barber公开了钛基合金及制造这种合金的方法。Barber公开的该钛基复合材料是Ti-7AI-7Zr-2Mo-10Ge。Barber还公开了一种钛基合金，它基本组成为AI5.0-7.0％，Zr2.0-7.0％，Mo0.1-2.5％，Ge0.01-10.0％，任选一种或几种下列元素，Sn2.0-6.0％，Nb0.1-2.0％，CO-0.1％和Si0.1-2.0％，佘量Ti。必须注意在Barber的复合材料中Mo和Ge是两种必需的元素。美国专利No.4915903中Brupbacher等人，美国专利No.4195904中Christodoulou和美国专利中Kampe等人公开了一种在含钛铝化物的金属基复合材料中稳定硅化钛颗粒的工艺。虽然这些专利指出必需存在锆以稳定硅化钛，防止其溶入基体，而硅化钛相在钛铝化物基体中，不在钛基体中，这些专利进一步提出硅化钛颗粒在钛环境中非常不稳定。专利技术人证书USSR 1501170中Mazur等人公开了一种钛复合材料，它含有Mo2.0-7.0％，Al2.0-5.0％，Si4.0-8.0％和Mn0.5-1.5％。Crossman等人公开了含10％Zr和8％Si的钛复合材料(Metallurgical Transactions，1971，Vol.2，No.6，P.1545-1555)。Crossman等人使用感应熔炼和电子束熔炼技术生产了单向凝固共晶复合材料，它含有7.7％(体积)TiB和31％(体积)Ti5Si3增强纤维。但是Ti-10Zr-8Si的机械性能没有报道。Zhu等人研究了钛-硅基合金中的硅化物相(MaterialScience and Technoloqy，1991，Vol.7，No.9，P.812-817)。Zhu等人研究了铸造钛合金Ti-4.0Si-5.0Al-5.0Zr中硅化物晶格参数的分布、类型、组成。Zhu等人没有研究任何含大于4％硅的钛复合材料。Flower等人研究了许多马氏体钛-硅合金，三元合金和含锆和铝的更复杂合金中的硅化物沉淀(Metallurgical Transactions，1971，Vol.2，No.12，P3289-3297)。在含锆和铝的钛复合材料中，研究的最大硅含量为1.0％。Horimura在日本专利公开说明书3-219035中公开了一种用作高强结构材料的钛基合金，其组成(原子％)为Ti40-80％，Al2-50％Si0.5-40％，和至少Ni、Co、Fe、Mn或Cu中一种为2-50％。从而本专利技术的一个目的是克服现有技术所用钛复合材料的各种缺点。本专利技术的另一个目的是提供一种其中具有共晶形成钛合金增强的钛基复合材料。本专利技术还一个目的是提供一种其中含大于9％(重量)硅的具有共晶形成钛合金增强的钛基复合材料。本专利技术进一步的目的是提供一种含有钛基固熔体和钛合金增强相的钛基复合材料。本专利技术另一个目的是提供一种其中具有共晶形成钛合金增强的，而合金元素选自Si、Ge、Al、Zr、Mo、Cr、Mn、Fe、B、Ni、C和N的钛基复合材料。本专利技术还一个目的是提供一系列结合高抗拉强度和高抗断裂性的钛基体以及低密度和低导热性的钛-陶瓷增强的钛基复合材料，这样，该复合材料具有两组分的最好性能。本专利技术的进一步的目的是提供一种使钛基复合材料性能达到最佳化的方法，该复合材料其中具有晶形成钛合金，它含有Ti、Si、Al和至少一种元素选自Zr、Mo、Cr、C、Fe和B，该方法是在800-1020℃温度之间对复合材料进行热循环经最少30循环周期。本专利技术针对新的钛基固溶体和钛-陶瓷合金增强相的金属基复合材料。合金元素可选自Si、Ge、Al、Zr、Mo、Cr、Mn、Fe、B、Ni、C和N。Si含量可直到20％(重量)，Zr含量可直到15％(重量)，Mo、Cr、Fe和B含量可直到4％(重量)，Al、Ge、Mn和Ni含量可直到35％(重量)，而C和N含量可直到1％(重量)。该新的金属基复合材料可通过一种或多种方法生产，象铸造、颗粒或粉末冶金、或自燃合成。如果需要，可将该金属基复合材料热循环处理以达到最佳性能。该钛基的金属基复合材料适用于高负荷支承用途，例如用于涡轮机和高压缩柴油机的部件。该钛基的金属基复合材料改进了高温强度、耐磨性和在恶劣环境中的热稳定性，又结合了所需的陶瓷组分的性能，如低密度和低导热性。该新的钛基的金属基复合材料还具有高的抗断裂性和优越的抗蠕变性。在本专利技术一个优选的实施方案中，一种其中具有共晶形成钛合金增强的钛基复合材料可用约9-约20％(重量)的硅制造。在另一个本专利技术优选的实施方案中，一种其中具有共晶形成钛合金增强的钛基复合材料不含钼，可用约4.5-约20％(重量)的硅配制。在本专利技术又一个优选的实施方案中，一种其中具有共晶形成钛合金增强的钛基复合材料不含钼和锆，可用约2-约20％(重量)的硅配制。在本专利技术进一步优选的实施方案中，一种其中具有共晶形成钛合金增强的钛基复合材料不含锰，可用约4.5-约20％(重量)的硅配制。本专利技术还针对一种使其中具有共晶形成钛合金增强的钛基复合材料性能达到最佳化的方法，该复合材料含Ti、Si、Al和至少一种元素选自Zr、Mo、Cr、C、Fe和B。该方法包括将复合材料放置入温度在约650-约850℃之间的第一炉中进行预定时间的热循环，在第一炉中预定时间后将复合材料取出，此后立即将复合材料放入温度在约920-约1070℃之间的第二炉中经预定的时间，在预定时间后从第二炉中取出复合材料，重复足够多次数的热循环，使得复合材料中的所有亚稳相分解。本专利技术的其它目的，特色和优点在说明书和附图中变得很明显，其中附图说明图1表示合金结构的示意图，(a)现有技术工业性钛合金，(b)本专利技术共晶形成的含棒状增强的钛合金，以及(c)本专利技术共晶形成的含层状增强的钛合金。图2是硬模铸造的棒和毛坯的照片，(a)直径55mm棒，(b)汽缸毛坯和发动机活塞零件，和(c)涡轮机毛坯。图3是试验前(a)和试验后(b、c和d)柴油机汽缸和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：V·J·马祖尔，Y·Z·塔兰，S·V·卡普斯尼科瓦，V·I·特里菲洛夫，S·A·菲尔斯托夫，L·D·库拉克，
申请(专利权)人：I·N·弗兰特塞维奇材料科学研究所，
类型：发明
国别省市：