一种纳米颗粒强韧化ZTC4钛合金及其制备方法技术

本发明专利技术适用于钛合金技术领域，提供了一种纳米颗粒强韧化ZTC4钛合金及其制备方法，该强韧化纳米颗粒包括纳米TiC和纳米TiB

【技术实现步骤摘要】
一种纳米颗粒强韧化ZTC4钛合金及其制备方法
本专利技术属于钛合金
，尤其涉及一种纳米颗粒强韧化ZTC4钛合金及其制备方法。
技术介绍
钛合金的比强度高，比刚度高，耐腐蚀性能好，以上性能使得钛合金在近海应用方面极具吸引力。钛合金在近海应用方面，相较于钢而言有着极大的优势。1986年Mobil采用钛代替北海钻井平台上压舱水系统中遭腐蚀破坏的碳钢管，该项目表明采用钛合金成本仅提高5％，但是钛合金在海水中的使用寿命远远大于碳钢。此外，近海应用所使用的TC4钛合金中大型构件由铸造法直接制造，其他制备工艺无法达到形状和精度要求。综上所述，ZTC4钛合金的强度以及韧性直接决定了钛合金可以在海中使用的深度以及在近海领域的应该范围。目前商用ZTC4的强度约为820MPa，延伸率约为8％～10％，越来越不能满足实际应用的强塑性要求。传统的通过热处理强化钛合金也在钛合金的强韧化方面无显著效果。因此，寻找一种合适的ZTC4钛合金强韧化方法越来越重要。综上所述，寻找一种合适的提高ZTC4钛合金的强塑性的方法，拓展钛合金在各个领域的应用是一直亟待解决的重大问题。在金属材料领域中强度和塑性倒置关系是一个普遍规律。在钛合金中，强度和塑性是倒置关系，强度高、塑性低或强度低、塑性高。因此，同时提高钛合金的强塑性是一个世界性难题。本专利技术创新性使用纳米颗粒强韧化ZTC4钛合金，发现在ZTC4钛合金中添加微量纳米TiC和纳米TiB2颗粒，在同时提高钛合金强塑性方面得到了意想不到的效果，强塑性得到了同时提高。与未加入纳米TiC和纳米TiB2颗粒的ZTC4钛合金相比：添加纳米TiC和纳米TiB2颗粒的ZTC4合金室温抗拉强度均值提高了45MPa，室温屈服强度均值提高了52MPa，均匀延伸率均值提高了0.9％；热处理态室温抗拉强度均值提高了87MPa，室温屈服强度均值提高了78MPa，均匀延伸率均值提高了0.9％。ZTC4钛合金强塑性的提高对拓展钛合金的应用领域具有重大国民经济意义。且本专利技术所采用的微量纳米双相颗粒强韧化ZTC4钛合金，中间合金的制备成本低且制备过程中无需特殊的设备或者工艺，工厂环境下即可实现，可以进行大规模产业化生产。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种增强增韧纳米颗粒的应用，旨在解决
技术介绍
中提出的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种增韧纳米颗粒在提高ZTC4钛合金强度中的应用，其中，所述增韧纳米颗粒包括纳米TiC和纳米TiB2，且纳米TiC和纳米TiB2的摩尔比为1:(1～3)。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种ZTC4钛合金，其包括以下按照质量百分数计的组分：Al5.5％～6.8％、V3.5％～4.5％、Ti88.4％～90.99％、增韧纳米颗粒0.01％～0.3％，余量为杂质元素，各组分的质量百分数之和为100％；所述增韧纳米颗粒包括纳米TiC和纳米TiB2，且纳米TiC和纳米TiB2的摩尔比为1:(1～3)。作为本专利技术实施例的一个优选方案，所述ZTC4钛合金包括以下按照质量百分数计的组分：Al6％～6.5％、V3.6％～4％、Ti89.3％～90.35％、增韧纳米颗粒0.05％～0.2％，余量为杂质元素，各组分的质量百分数之和为100％；所述增韧纳米颗粒中，纳米TiC和纳米TiB2的摩尔比为1:2。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种ZTC4钛合金的制备方法，其包括以下步骤：按照上述各组分的质量百分数，称取铝、钒、钛以及含有纳米TiC和纳米TiB2的铝基中间合金；将铝、钒、钛进行混合，并置于真空环境下进行熔炼，得到熔融合金；往熔融合金中添加含有纳米TiC和纳米TiB2的铝基中间合金，进行均匀化处理后，再浇注到石墨模具中进行成型加工，得到ZTC4钛合金。作为本专利技术实施例的另一个优选方案，所述步骤中，熔炼的温度为1700～1750℃。作为本专利技术实施例的另一个优选方案，所述含有纳米TiC和纳米TiB2的铝基中间合金的制备方法包括以下步骤：将纳米B4C粉末、铝粉和钛粉进行球磨混合，得到合金粉末；将合金粉末进行压制成型后，再置于900～950℃的温度下进行保温处理，得到所述含有纳米TiC和纳米TiB2的铝基中间合金。作为本专利技术实施例的另一个优选方案，所述合金粉末中，纳米B4C粉末与钛粉的摩尔比为1:3，纳米B4C粉末与钛粉的总质量分数为20％～40％。作为本专利技术实施例的另一个优选方案，还包括以下步骤：将铸态的ZTC4钛合金置于900～950℃的温度下进行固溶处理后，得到固溶处理后的ZTC4钛合金；将固溶处理后的ZTC4钛合金置于500～600℃的温度下进行时效处理后，得到热处理态的ZTC4钛合金。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种上述制备方法制得的ZTC4钛合金。作为本专利技术实施例的另一个优选方案，所述ZTC4钛合金在铸态时的抗拉强度为842～886.31MPa，屈服强度为702～765.4MPa，延伸率为6.4％～7.8％；所述ZTC4钛合金在热处理态时的抗拉强度为900.9～985.42MPa，屈服强度为832.2～923.1MPa，延伸率为6.45％～7.9％。本专利技术实施例提供的一种ZTC4钛合金，通过添加纳米TiC和纳米TiB2不仅可以显著提高ZTC4钛合金的抗拉强度和屈服强度，而且还可以提高ZTC4钛合金的延伸率，其对于实现ZTC4钛合金在复杂环境下的应用有重要意义。具体的，本专利技术是在TC4(Ti-6Al-4V)化学成分的基础上，添加纳米TiC和纳米TiB2颗粒制备的一种纳米TiC和纳米TiB2颗粒原位增强增韧ZTC4钛合金，其相比于现有的ZTC4钛合金具有更高的强度和韧性。另外，将该ZTC4钛合金进行固溶和时效处理后，还能进一步提高ZTC4钛合金的强度，其可以获得意想不到的效果。其中，加入0.01～0.3％总质量百分数的纳米TiC和纳米TiB2颗粒的ZTC4钛合金与未加入纳米TiC和纳米TiB2颗粒的ZTC4钛合金相比：铸态合金室温抗拉强度强度提高了2.6％～19％，室温屈服强度提高了2.9％～23％，均匀延伸率提高了3.2％～29％；热处理态室温抗拉强度提高了4.9％～22％，室温屈服强度提高了13.2％～29％，均匀延伸率提高了5.1％～30％。附图说明图1为对比例1制得的ZTC4钛合金的金相图。图2为实施例1制得的ZTC4钛合金的金相图。图3为实施例2制得的ZTC4钛合金的金相图。图4为实施例3制得的ZTC4钛合金的金相图。图5为对比例2制得的ZTC4钛合金的金相图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1该实施例提供了一种ZTC4钛合金，其制备方法包括以下步骤：S1、将纳米B4C粉末和粒径为300目的钛粉按照1:3的摩尔比进行混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强韧化纳米颗粒在提高ZTC4钛合金强韧性中的应用，其特征在于，所述强韧化纳米颗粒包括纳米TiC和纳米TiB

【技术特征摘要】
1.一种强韧化纳米颗粒在提高ZTC4钛合金强韧性中的应用，其特征在于，所述强韧化纳米颗粒包括纳米TiC和纳米TiB2，且纳米TiC和纳米TiB2的摩尔比为1:(1～3)。


2.一种ZTC4钛合金，其特在于，包括以下按照质量百分数计的组分：Al5.5％～6.8％、V3.5％～4.5％、Ti88.4％～90.99％、增韧纳米颗粒0.01％～0.3％，余量为杂质元素，各组分的质量百分数之和为100％；所述强韧化纳米颗粒包括纳米TiC和纳米TiB2，且纳米TiC和纳米TiB2的摩尔比为1:(1～3)。


3.根据权利要求2所述的一种ZTC4钛合金，其特征在于，所述ZTC4钛合金包括以下按照质量百分数计的组分：Al6％～6.5％、V3.6％～4％、Ti89.3％～90.35％、强韧化纳米颗粒0.05％～0.2％，余量为杂质元素，各组分的质量百分数之和为100％；所述强韧化纳米颗粒中，纳米TiC和纳米TiB2的摩尔比为1:2。


4.根据权利要求2或3所述的一种ZTC4钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照上述各组分的质量百分数，称取铝、钒、钛以及含有纳米TiC和纳米TiB2的铝基中间合金；
将铝、钒、钛进行混合，并置于真空环境下进行熔炼，得到熔融合金；
往熔融合金中添加含有纳米TiC和纳米TiB2的铝基中间合金进行均匀化处理后，再进行浇注成型，得到铸态的ZTC4钛合金。


5.根据权利要求4所述的一种ZTC4钛合金的制备方法，其特征在于，所述步骤中，熔炼的温度为1700～1750℃。


6.根据权利要求4所述的一种ZTC4钛合金的制备方法，其特征在于，所述含有...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜启川，赵庆龙，邱丰，朱云龙，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22