一种低绝热剪切敏感性的梯度钛合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低绝热剪切敏感性的梯度钛合金，所述钛合金的厚度为10mm～50mm，平面尺寸为7cm*7cm～50cm*50cm，平行度为0.02～0.1；所述钛合金具有明显的成分界面，两侧成分不同；所述钛合金的显微组织特征为界面两侧均为魏氏组织，两侧原始β晶粒均为柱状晶，两侧柱状晶互相垂直，两侧的原始β晶粒晶界宽度小于20μm、次生α集束宽度小于70μm且集束间板条具有大取向差、次生α层片宽度小于5μm。本发明专利技术的钛合金的提高了单位体积吸收功，降低了其绝热剪切敏感性。其绝热剪切敏感性。其绝热剪切敏感性。

【技术实现步骤摘要】
一种低绝热剪切敏感性的梯度钛合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种低绝热剪切敏感性的梯度钛合金及其制备方法，具体而言，属于抗高速冲击材料及其制备领域。

技术介绍

[0002]现阶段的钛合金常见的种类包括钛合金TC4材料，其组成为Ti
‑
6Al
‑
4V，属于(α+β)型钛合金，具有良好的综合力学机械性能，但是其加工一般，价格方面也不便宜，具有强度高，耐腐蚀性好，耐热性高等特点。另外，TA15合金也属于一种常见的高温钛合金，化学组成为Ti
‑
6.5Al
‑
1Mo
‑
1V
‑
2Zr，具有略高于TC4合金的室温力学性能和中等的高温力学性能，主要用于航空航天结构件和发动机零部件。目前对钛合金往往要求其具有低密度、高动态强度，可应用于装甲等抗高速冲击领域的重要结构材料。但是，在高速冲击条件下，钛合金会在极短时间内(例如几十微秒内)发生高应变率的变形，同时因为钛合金其低热导率，热量来不及散失，钛合金内产生几百度的绝热温升，容易出现剪切局域化，形成绝热剪切带，发生绝热剪切破坏。因此，在保证动态强度的前提下，具有低绝热剪切敏感性的钛合金在抗高速冲击领域具有更好的应用前景。不少研究学者和科学家对钛合金的绝热剪切敏感性进行了研究。
[0003]CN104018106A公开了一种降低热轧TC4钛合金绝热剪切敏感性的快速热处理方法。具体工艺为：在热轧双态组织TC4钛合金板材上取料，放入放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering，SPS)设备(SPS
‑
3.20
‑
MV型)中进行热处理，处理后的材料相对于原始热轧板材在动态加载条件下的临界断裂应变值提高了53％以上，材料发生绝热剪切破坏前单位体积吸收的能量值提高了54％以上。其优点在于：利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场来实现热处理，具有升温速度快、热处理时间短等特点，是一种能够显著改善金属材料塑性变形能力的低成本、高效率的热处理工艺，为未来钛合金的显微组织调控提供了新的工艺方法。
[0004]CN113249667A公开了一种获得高韧高损伤容限双相钛合金的热处理方法，包括：高温退火处理，工艺为：T1温度下，保温0.1～2小时，冷却速度需要合理控制，优选地，从T1冷却至Tβ 200℃的温度范围内控制在2～50℃/秒，其中，T1取值范围为Tβ 10℃至Tβ之间，Tβ为该双相钛合金的β转变温度。该方法通过控制热处理温度和冷却速度，实现双相钛合金韧性和损伤容限性能的提高。该方法可用于TC11、TA15、TC4、TC17、TC18等室温条件下具有两组织的双相钛合金，并且不受钛合金原始制造工艺的限制，对上述双相钛合金锻件、铸件、焊接件和增材制造件均适用。
[0005]CN113249667A公开了一种获得高韧高损伤容限双相钛合金的热处理方法，包括：高温退火处理，工艺为：T1温度下，保温0.1～2小时，冷却速度需要合理控制，优选地，从T1冷却至Tβ 200℃的温度范围内控制在2～50℃/秒，其中，T1取值范围为Tβ 10℃至Tβ之间，Tβ为该双相钛合金的β转变温度。该方法通过控制热处理温度和冷却速度，实现双相钛合金韧性和损伤容限性能的提高。该方法可用于TC11、TA15、TC4、TC17、TC18等室温条件下具有
两组织的双相钛合金，并且不受钛合金原始制造工艺的限制，对上述双相钛合金锻件、铸件、焊接件和增材制造件均适用。
[0006]CN111763850A公开了一种细晶超塑性TA15钛合金中厚板材的加工方法，该方法包括：一、经真空自耗电弧熔炼得到TA15钛合金铸锭；二、保温后经镦拔开坯锻造得初级锻坯；三、保温后经β相区镦拔锻造得二级锻坯；四、经α+β两相区镦拔锻造得四级锻坯；五、经镦拔终锻锻造得锻件；六、保温后经一火轧制得一火轧制板坯；七、保温后经二火轧制得二火轧制板坯；八、经退火处理得TA15钛合金中厚板。本专利技术选择对应的变形温度，结合采用多火次大变形量的镦拔锻造，使得组织粗大的TA15钛合金铸锭在大变形量下破碎，并为再结晶提供了驱动力，提高晶粒细化和均匀化程度，得到细晶超塑性TA15钛合金中厚板。
[0007]虽然现有技术中存在一些对高温钛合金形态性能的一些研究，但是仍然存在一系列不足和问题，例如高速冲击带来的剪切形变敏感性消除不够彻底，钛合金型材的抗冲击性能提高有限。因此亟需提供一种能够有效降低绝热剪切敏感性的钛合金及其制备方法。

技术实现思路

[0008]为了降低抗高速冲击领域用钛合金的绝热剪切敏感性，本专利技术的目的在于提供一种低绝热剪切敏感性的梯度钛合金及其制备方法。更具体地，采用所述方法制备的钛合金，可期望获得大于400J/cm3的单位体积吸收功。
[0009]本专利技术的专利技术人研究发现，绝热剪切带在扩展时会受到晶界等大尺度界面的影响发生偏转甚至终止，因此专利技术人从对材料内的晶界、成分界面等进行设计出发，来获得具有低绝热剪切敏感性的钛合金。然而，现有技术公开的研究难以实现对材料内晶界、相界及成分界面的控制。通过专利技术人发现，本专利技术研究得到的钛合金组织内部形成一条界限分明的成分界面，成分界面两侧的晶粒取向各不相同，并各自具有高取向性。成分界面为高密度的晶粒交错区域，即成分界面实现强化效应，对高温下钛合金受到冲击产生的剪切形变具有有效的限定作用，能够限制原始晶粒的大面积形变，从而降低钛合金材料的绝热剪切敏感性。优选的，所述成分界面呈明显的带状，其厚度为1
‑
5μm，该厚度范围内的界面厚度能最大限度地降低钛合金的绝热剪切敏感性。
[0010]在工艺上本专利技术通过3D打印的工艺方法，得到具有成分界面且界面两侧原始β晶粒晶界排布互相垂直的梯度钛合金，成功的提高了钛合金的单位体积吸收功，降低了其绝热剪切敏感性。同时本专利技术的工艺方法还具有制备成本低的优点。
[0011]具体地，本专利技术第一方面提供一种低绝热剪切敏感性的梯度钛合金，所述钛合金为板状；所述钛合金的厚度为10mm～50mm，平面尺寸为7cm*7cm～50cm*50cm，平行度为0.02～0.1；所述钛合金组织具有明显的成分界面，两侧成分不同；所述钛合金的显微组织特征为界面两侧均为魏氏组织，两侧原始β晶粒均为柱状魏氏组织晶，两侧柱状晶互相垂直，且两侧的原始β晶粒晶界宽度小于20μm、次生α集束宽度小于70μm且集束间板条具有大取向差、次生α层片宽度小于5μm。
[0012]在优选的实施方式中，上述梯度钛合金的的成分界面呈明显的带状，其厚度为1
‑
5μm。
[0013]在优选的实施方式中，上述梯度钛合金的的成分界面两侧含有至少两种结构不同的钛合金相。
[0014]在优选的实施方式中，上述梯度钛合金的成分界面两侧分别含有TC4和TA15钛合金相。
[0015]另外，本专利技术第二方面提供一种所述的低绝热剪切敏感性的梯度钛合金的制备方法，通过以下方法制备获得：
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低绝热剪切敏感性的梯度钛合金，其特征在于：所述钛合金为板状；所述钛合金的厚度为10mm～50mm，平面尺寸为7cm*7cm～50cm*50cm，平行度为0.02～0.1；所述钛合金具有明显的成分界面，两侧成分不同；所述钛合金的显微组织特征为界面两侧均为魏氏组织，两侧原始β晶粒均为柱状晶，两侧柱状晶互相垂直，两侧的原始β晶粒晶界宽度小于20μm、次生α集束宽度小于70μm且集束间板条具有大取向差、次生α层片宽度小于5μm。2.根据权利要求1所述的，所述梯度钛合金的的成分界面呈明显的带状，其厚度为1
‑
5μm。3.根据权利要求1所述梯度钛合金材料的单位体积吸收功大于400J/cm3。4.一种如权利要求1或2所述的低绝热剪切敏感性的梯度钛合金的制备方法，其特征在于：(1)使用送粉的3D打印设备，以高纯氩气为载体，以3～5g/min的速度输送粒径为90～270目的TA15粉体，以1200～1800w的激光功率进行扫描，打印制...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆雨萌，刘睿，惠松骁，叶文君，于洋，宋晓云，李艳锋，韦芮，王博雅，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：