一种超塑性非连续增强钛基复合材料及其超塑性成形方法技术

本发明专利技术提供了一种超塑性非连续增强钛基复合材料及其超塑性成形方法，该超塑性成形方法包括：(1)将钛粉、二硼化钛粉和硅粉采用粉末冶金法制得非连续增强钛基复合材料；(2)对所述非连续增强钛基复合材料依次进行均一化热处理和热变形处理，得到热处理坯体；(3)将所述热处理坯体进行超塑性成形，得到所述超塑性非连续增强钛基复合材料。本发明专利技术提供的超塑性成形方法能够减少钛基复合材料的预处理步骤，降低超塑性变形成本，同时降低钛基复合材料的超塑性变形温度，提高其超塑性变形速率，获得具有更佳的超塑性变形能力的超塑性非连续增强钛基复合材料。钛基复合材料。钛基复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种超塑性非连续增强钛基复合材料及其超塑性成形方法


[0001]本专利技术涉及超塑性成形
，特别涉及一种超塑性非连续增强钛基复合材料及其超塑性成形方法。

技术介绍

[0002]超塑性指材料在一定温度及变形速率下拥有超过100％拉伸变形能力的现象，超塑性加工即指利用材料的超塑性在高温下对材料进行大塑性变形的加工方法。利用金属材料的超塑性，可使用气涨成型等手段制备出无接缝，无连接件，成形精度优良，表面质量良好的大型板状或壳状复杂构件。由于结构中不存在焊缝及螺钉、销钉等连接件，使用超塑性成形方法对构件进行加工还能够大幅降低构件复杂度，削减整体零件数量，提升构件的性能及可靠性，并使构件更加美观。由于以上特征，超塑性成形方法在铝、镁、钛等金属中已得到广泛应用，所制备出的构件已大批量应用在汽车壳体、高铁车壳及厢体、飞机舱门等重要结构中。
[0003]非连续增强钛基复合材料具有比强度及比刚度高，高温性能好，各向同性好，可机械加工等特征，是航空航天领域的理想减重材料。非连续增强钛基复合材料是以钛合金为基体，通过原位自生或外加方式加入硬质陶瓷增强体制备的金属基复合材料。然而由于钛的α相属于密排六方结构，塑性变形能力较差，加之无法变形的硬质陶瓷颗粒进一步限制了材料的塑性变形能力，使得钛基复合材料的塑性成形能力较差，其超塑性变形能力有限，且变形条件苛刻。
[0004]目前，非连续增强钛基复合材料的超塑性成形方法对变形温度要求较高，通常将变形温度设置为约低于β转变温度50℃的范围内，导致能源消耗成本较高，且对设备要求也较高；而且在超塑性成形前一般需要对原材料进行多工序、多道次、大变形量的双相区塑性变形等复杂的前处理步骤，进一步增加了超塑性成形的成本。因此，为了解决上述技术问题，急需一种低成本、温度要求低且超塑性变形能力优异的非连续增强钛基复合材料的超塑性成形方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种超塑性非连续增强钛基复合材料及其超塑性成形方法，该超塑性成形方法能够减少钛基复合材料的预处理步骤，降低超塑性变形成本，同时降低钛基复合材料的超塑性变形温度，提高其超塑性变形速率，获得具有更佳的超塑性变形能力的超塑性非连续增强钛基复合材料。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种超塑性非连续增强钛基复合材料的超塑性成形方法，所述超塑性成形方法包括如下步骤：
[0007](1)将钛粉、二硼化钛粉和硅粉采用粉末冶金法制得非连续增强钛基复合材料；
[0008](2)对所述非连续增强钛基复合材料依次进行均一化热处理和热变形处理，得到热处理坯体；
[0009](3)将所述热处理坯体进行超塑性成形，得到所述超塑性非连续增强钛基复合材料。
[0010]优选地，在步骤(1)中，所述钛粉的粒径≤120μm；
[0011]所述二硼化钛粉的粒径≤2μm；
[0012]所述硅粉的粒径≤2μm。
[0013]优选地，在步骤(1)中，所述钛粉优选为TA15合金。
[0014]优选地，在步骤(1)中，所述钛粉、所述二硼化钛粉和所述硅粉的质量之比为(94～99.4):(0.5～5):(0.1～1)。
[0015]优选地，在步骤(1)中，所述粉末冶金法优选为真空热压烧结法；
[0016]所述真空热压烧结法中真空度＜10
‑2Pa，热压温度为1100℃～1400℃，保温时间为1h～3h，保温压力≥10MPa。
[0017]优选地，在步骤(2)中，所述均一化热处理包括如下子步骤：
[0018]将所述非连续增强钛基复合材料置于第一温度范围并保温15min～120min，然后以5℃/s～50℃/s的速率进行冷却，得到均匀组织材料；
[0019]其中，所述第一温度范围为高于所述钛粉的β转变温度的温度范围；优选为比所述钛粉的β转变温度高出20℃～40℃。
[0020]优选地，在步骤(2)中，所述热变形处理包括如下子步骤：
[0021]将经所述均一化热处理得到的非连续增强钛基复合材料置于第二温度范围进行热变形，然后以2℃/min～10℃/min的速率进行冷却，得到所述热处理坯体；
[0022]其中，所述第二温度范围为低于所述钛粉的β转变温度的温度范围；优选为比所述钛粉的β转变温度低200℃～100℃；所述热变形的变形量＞60％。
[0023]优选地，在步骤(2)中，在所述对所述非连续增强钛基复合材料依次进行均一化热处理和热变形处理之后，在所述得到所述热处理坯体之前，还包括加工后热处理的步骤。
[0024]优选地，在步骤(2)中，所述加工后热处理包括如下子步骤：
[0025]将经所述热变形处理得到的非连续增强钛基复合材料置于第三温度范围并保温0.2h～5h，然后以5℃/s～50℃/s的速率进行冷却，以得到所述热处理坯体；
[0026]其中，所述第三温度范围为低于所述钛粉的β转变温度的温度范围；优选为比所述钛粉的β转变温度低10℃～100℃。
[0027]优选地，在步骤(3)中，所述超塑性成形的变形温度为700℃～1000℃，变形速率为1
×
10
‑4/s～5
×
10
‑2/s。
[0028]优选地，在步骤(3)中，所述超塑性成形采用真空成形法、吹塑成形法或模压成形法。
[0029]第二方面，本专利技术提供了上述第一方面所述的超塑性成形方法得到的超塑性非连续增强钛基复合材料。
[0030]本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0031](1)本专利技术提供的非连续增强钛基复合材料的超塑性成形方法，包括非连续增强钛基复合材料的制备、均一化热处理、热变形处理和超塑性变形四个步骤，通过采用这种新颖的热处理工艺，在节省大量热加工工序的前提下，不仅降低了加工成本，还高效地细化了该钛基复合材料中的基体组织，使其超塑性变形所需温度降低了100℃以上，能够在低变形
温度和较高变形速率下实现超塑性成形。同时采用本专利技术所提供的超塑性成形工艺，还能保证该钛基复合材料具有优异的超塑性变形能力。
[0032](2)本专利技术提供的非连续增强钛基复合材料的超塑性成形方法，采用低变形温度(700℃～1000℃)，不仅降低了能源消耗和对现有设备的要求，提高了加工效率，还显著减低了钛基复合材料基体的氧化倾向，从而避免了该钛基复合材料成形后脆性、表面质量低的问题，提高了所得到的该钛基复合材料的可靠性。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1是本专利技术提供的一种超塑性非连续增强钛基复合材料的超塑性成形方法的流程图；
[0035]图2是本专利技术实施例2中步骤(1)得到的非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超塑性非连续增强钛基复合材料的超塑性成形方法，其特征在于，所述超塑性成形方法包括如下步骤：(1)将钛粉、二硼化钛粉和硅粉采用粉末冶金法制得非连续增强钛基复合材料；(2)对所述非连续增强钛基复合材料依次进行均一化热处理和热变形处理，得到热处理坯体；(3)将所述热处理坯体进行超塑性成形，得到所述超塑性非连续增强钛基复合材料。2.根据权利要求1所述的超塑性成形方法，其特征在于，在步骤(1)中：所述钛粉的粒径≤120μm；所述二硼化钛粉的粒径≤2μm；所述硅粉的粒径≤2μm；和/或所述钛粉优选为TA15合金。3.根据权利要求1所述的超塑性成形方法，其特征在于，在步骤(1)中：所述钛粉、所述二硼化钛粉和所述硅粉的质量之比为(94～99.4):(0.5～5):(0.1～1)。4.根据权利要求1所述的超塑性成形方法，其特征在于，在步骤(1)中：所述粉末冶金法优选为真空热压烧结法；所述真空热压烧结法中真空度＜10
‑2Pa，热压温度为1100℃～1400℃，保温时间为1h～3h，保温压力≥10MPa。5.根据权利要求1所述的超塑性成形方法，其特征在于，在步骤(2)中：所述均一化热处理包括如下子步骤：将所述非连续增强钛基复合材料置于第一温度范围并保温15min～120min，然后以5℃/s～50℃/s的速率进行冷却，得到均匀组织材料；其中，所述第一温度范围为高于所述钛粉的β转变温度的温度范围；优选为比所述钛粉的β转变温度高出20℃～40℃。6.根据权利要求1所述的超塑性成形方法，其特征在于，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄陆军，张芮，安琦，王帅，陈昕，孙枫泊，陈润，耿林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：