一种耐700℃高温钛基复合材料板材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐700℃高温钛基复合材料板材的制备方法，用于金属基复合材料领域。其步骤为：首先，对钛基复合材料化学成分进行热力学计算得到最佳原位自生微/纳颗粒增强相体系；随后，采用三次真空自耗电弧炉熔炼技术，制备TiB短纤维和稀土氧化物颗粒混杂增强的钛基复合材料铸锭；经β相区开坯锻造，变形量大于50％，随后于β相区等温锻造，最终，在钛基复合材料β相区或(α+β)两相区轧制变形并去应力退火。本发明专利技术提供了一种高性能耐高温钛基复合材料板材的制备工艺路线，增强体总体积分数在1.2vol.％‑5vol.％范围内。本发明专利技术可以成功制备出不同规格的高性能耐高温钛基复合材料板材。

【技术实现步骤摘要】
一种耐700℃高温钛基复合材料板材的制备方法
本专利技术涉及的是金属基复合材料领域，尤其涉及一种耐700℃高温钛基复合材料板材的制备方法；具体是一种高性能微纳颗粒增强耐700℃高温钛基复合材料板材的制备方法。
技术介绍
耐高温钛基复合材料因具有高比强度、高模量、耐腐蚀和耐高温等优良特性，广泛应用于航空航天等领域，其内涵是在高温钛合金中引入高强陶瓷颗粒增强体使材料综合性能得到进一步提高，能够突破高温钛合金600℃服役的臼壳，较现有技术的钛合金有更优异的综合性能。该材料板材作为航空航天领域的重要结构件，具有重要的应用前景，不仅可以用于制作飞机蒙皮、飞机前进气罩帽、飞机的防火壁、翼肋、隔框、横梁、腹板、主翼、水平尾翼及螺旋桨毂、飞船船舵蒙皮及结构骨架等，而且作为热端板材部件，能够广泛应用于各类航空航天等耐高温前缘部位，具有广阔的工业应用、国防建设的前景。因此，制备低成本高性能钛基复合材料板材具有重要的应用价值与战略意义。但是，该材料由于在基体合金中引入一定含量的增强体，虽然有效抑制了板材在轧制过程中晶粒的长大，细化了微观组织，进而提高了材料的服役温度，却也增加了板材的加工难度，特别是板材的加工十分困难。其中，轧制变形加工的变形温度、变形量等参数对钛基复合材料板材的性能有重要影响。且该材料变形抗力大、热加工窗口较窄，使板材的加工难度更大，极易发生开裂。特别是经历大变形的钛基复合材料板材制备更加困难。
技术实现思路
本专利技术针对难变形钛基复合材料变形抗力大、加工窗口窄等难题，提供一种高性能钛基复合材料板材的加工方法，成功制备出不同厚度和规格的耐高温钛基复合材料板材。该材料由于引入硬脆的增强相，使其在较低温度加工时变形抗力很大，增强体易断裂增加材料缺陷，使板材容易失效，不易加工成形。在高温条件变形，材料变形抗力小，能够有效避免加工过程中的开裂问题。同时，增强体的引入增加了形核位置，能有效抑制晶粒长大，使得该材料能够实现在β单相区的热加工而不致晶粒迅速长大，细化并稳定基体组织，最终制定出铸锭开坯锻造、等温锻造和在β单相区或(α+β)两相区的较低温度下进行高温轧制等工艺方法。为实现本专利技术的上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：一种耐700℃高温钛基复合材料板材的制备方法，包括如下步骤：A、通过真空自耗电弧熔炼方法制备得到钛基复合材料铸锭；B、将铸锭在β相区进行开坯锻造得到棒材；C、将棒材在β相区等温锻造得到厚板；D、将厚板在β相区或(α+β)两相区进行多道次轧制得到板材；E、将板材去应力退火处理得到高性能耐高温钛基复合材料板材。优选的，步骤A中所述真空自耗电弧熔炼方法制得的钛基复合材料的增强体包括TiB、TiC、RexOy中的一种或多种，增强体总体积分数在1.2vol.％-5vol.％范围内。过小此方法会使晶粒粗大，性能较差；过大塑性差无法加工成型。优选的，步骤A中熔炼所得的铸锭的基体名义成分为Ti-6.6Al-4.6Sn-4.6Zr-0.9Nb-1.0Mo-0.32Si。优选的，步骤A中铸锭至少经过三次真空自耗电弧熔炼，经表面机加工处理后所述铸锭的直径大于或等于Φ215mm。优选的，步骤A中铸锭的熔炼温度为1035-1085℃。优选的，步骤A中钛基复合材料增强体原位自生体系为：12Ti+3[O]+2LaB6＝12TiB+La2O3和/或5Ti+B4C＝4TiB+TiC。优选的，所述步骤B具体包括：将铸锭镦粗、拔长操作重复至少一次，锻造成直径大于或等于Φ120mm的棒材，尺寸过小会开裂，尺寸过大变形量不足；表面处理后，所述棒材直径大于或等于Φ118mm；所述开坯锻造温度为1150-1200℃。优选的，所述步骤C具体包括：将棒材镦粗、拔长操作重复至少一次，锻造出厚度为30-35mm的厚板，尺寸过小尺寸变形量太大不易成型，尺寸过大变形量太小加工效果不好；所述等温锻造的坯料温度为1050-1100℃，模具温度为960-1020℃。优选的，所述步骤D中多道次轧制前在厚板表面涂覆KO型高温涂料；步骤D中所述多道次轧制的初始温度为1010-1060℃，每道次变形量在10％-15％之间，得到板材，所述板材厚度为1.8-4mm。优选的，步骤E中钛基复合材料去应力退火温度为650-700℃，退火时间为1-2小时，最终得到高性能耐高温钛基复合材料板材；所述高性能耐高温钛基复合材料板材耐温强度大于等于700℃，室温强度大于或等于1100MPa，700℃抗拉强度大于或等于710MPa。综上所述，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)解决难变形钛基复合材料变形抗力大、加工窗口窄等难题，提供一种高性能钛基复合材料板材的加工方法，成功制备不同厚度和规格的耐高温钛基复合材料板材；(2)增强体的引入增加了形核位置，能有效抑制晶粒长大，使得该材料能够实现在β单相区的热加工而不致晶粒迅速长大，细化并稳定基体组织，最终制定出铸锭开坯锻造、等温锻造和在β单相区或(α+β)两相区进行高温轧制等工艺方法使得材料变形抗力小，能够有效避免加工过程中的开裂问题。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术的热加工工艺流程示意图；图2为本专利技术实例2中制备得到的微/纳颗粒增强钛基复合材料板材实物图；图3为本专利技术实例2中制备得到的微/纳颗粒增强钛基复合材料板材的微观组织；图4为本专利技术实例2制备得到的微/纳颗粒增强钛基复合材料板材与基体合金室温、高温强度的对比。具体实施方式以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明：一种耐700℃高温钛基复合材料板材的制备方法，具体操作步骤如下：A、通过真空自耗电弧熔炼方法制备得到钛基复合材料铸锭；利用至少三次真空自耗电弧熔炼方法以TiB、TiC、RexOy中的一种或多种为增强体，制备增强体总体积分数为1.2vol.％-5vol.％的多元混杂增强的钛基复合材料铸锭，基体名义成分为Ti-6.6Al-4.6Sn-4.6Zr-0.9Nb-1.0Mo-0.32Si，对铸锭表面机加工处理后直径大于或等于Φ215mm。B、将铸锭在β相区进行开坯锻造得到棒材；开坯锻造初始温度为1200℃，开坯锻造过程中重复镦粗、拔长操作至少一次，最终将铸锭锻造成直径不小于Φ120mm的棒材，表面处理后材料直径不小于Φ118mm，开坯锻造过程温度会下降。C、将棒材在β相区等温锻造得到厚板；等温锻的坯料温度为1050-1100℃，模具温度为960-1020℃，将棒材镦粗、拔长操作重复至少一次，得到厚度为30-35mm的厚板。D、将厚板在β相区或(α+β本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐700℃高温钛基复合材料板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nA、通过真空自耗电弧熔炼方法制备得到钛基复合材料铸锭；/nB、将铸锭在β相区进行开坯锻造得到棒材；/nC、将棒材在β相区等温锻造得到厚板；/nD、将厚板在β相区或(α+β)两相区进行多道次轧制得到板材；/nE、将板材去应力退火处理得到高性能耐高温钛基复合材料板材。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐700℃高温钛基复合材料板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、通过真空自耗电弧熔炼方法制备得到钛基复合材料铸锭；
B、将铸锭在β相区进行开坯锻造得到棒材；
C、将棒材在β相区等温锻造得到厚板；
D、将厚板在β相区或(α+β)两相区进行多道次轧制得到板材；
E、将板材去应力退火处理得到高性能耐高温钛基复合材料板材。


2.根据权利要求1所述的耐700℃高温钛基复合材料板材的制备方法，其特征在于，步骤A中所述真空自耗电弧熔炼方法制得的钛基复合材料的增强体包括TiB、TiC、RexOy中的一种或多种，增强体总体积分数在1.2vol.％-5vol.％范围内。


3.根据权利要求1所述的耐700℃高温钛基复合材料板材的制备方法，其特征在于，步骤A中熔炼所得的铸锭的基体名义成分为Ti-6.6Al-4.6Sn-4.6Zr-0.9Nb-1.0Mo-0.32Si。


4.根据权利要求1所述的耐700℃高温钛基复合材料板材的制备方法，其特征在于，步骤A中铸锭至少经过三次真空自耗电弧熔炼，经表面机加工处理后所述铸锭的直径大于或等于Φ215mm。


5.根据权利要求1所述的耐700℃高温钛基复合材料板材的制备方法，其特征在于，步骤A中铸锭的熔炼温度为1035-1085℃。


6.根据权利要求1所述的耐700℃高温钛基复合材料板材的制备方法，其特征在于，步骤A中钛基复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩远飞，纵楠，吕维洁，黄光法，乐建温，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31