一种高强韧钛合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强韧钛合金及其制备方法，该钛合金化学成分按质量百分比为：

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧钛合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于钛合金领域，涉及一种高强韧粉末冶金钛合金及其制备方法
。

技术介绍

[0002]钛及钛合金是一种重要的结构金属材料，具有许多优良的的性能，如比强度高
、
密度小
、
优异的耐腐蚀和耐高温性
、
良好的可加工性等，广泛地应用于航空航天
、
化学工业
、
生物医学等众多领域，被誉为
21
世纪的现代金属
。
[0003]文献（
PANIGRAHI B B. Sintering behaviour of Ti
–
2Ni and Ti
–
5Ni elemental powders [J]. Materials Letters
， 2007
， 61(1) : 152
‑5）中提到粉末冶金制备钛合金时容易出现致密度较低
、
未转化颗粒界面以及孔洞等缺陷
。
这些缺陷会对材料的塑性产生较大影响，如粉末冶金
TC4
钛合金的室温延伸率通常低于
8%。

技术实现思路

[0004]针对目前钛及钛合金材料制备工艺复杂
、
力学性能较差的缺点，本专利技术提出了一种具有高强韧的
HEA
‑
Ti
系列钛合金，该钛合金制备工艺简单，力学性能优异
。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种高强韧钛合金及其制备方法，其化学成分按质量百分比为：
Ti
：
92.5%~97.5%
，
CrMnFeCoNi
：
2.5%~7.5%
，其余为不可避免的杂质元素；具体包括如下步骤：（1）按照设计的成分配置钛合金所需的原材料并球磨混合均匀；（2）在真空环境下，将步骤（1）中配置好的原材料进行放电等离子烧结，利用持续性瞬时液相烧结原理，得到增强相沿颗粒边界呈准连续分布的钛合金烧结体
。
[0006]较佳的，步骤（1）中， 按照设计的成分配置钛合金所需的
Ti
粉末和
CrMnFeCoNi
粉末
。
[0007]较佳的，在步骤（2）中，放电等离子烧结升温速度为
50℃/min
，烧结温度为
1050~1150℃
，保温时间为
2min
，采用随炉冷却的冷却方式
。
[0008]较佳的，经放电等离子烧结制备的钛合金的室温抗拉强度超过
700MPa
，塑性变形量超过
12.5%。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：（1）该合金在具有较好塑性变形能力的同时大幅提升抗拉强度，该钛合金在烧结态的情况下，室温抗拉强度大于
700MPa
，塑性变形量超过
12.5%。
[0010]（2）本专利技术提供的钛合金性能好
、
成本低
、
制备工艺简单
。
附图说明
[0011]图1为实施例1的微观组织结构图
。
[0012]图2为实施例2的微观组织结构图
。
[0013]图3为实施例3的微观组织结构图
。
具体实施方式
[0014]为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下
。
[0015]在本专利技术中参照附图来描述本专利技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例
。
本专利技术的实施例不必定意在包括本专利技术的所有方面
。
应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本专利技术所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式
。
另外，本专利技术公开的一些方面可以单独使用，或者与本专利技术公开的其他方面的任何适当组合来使用
。
[0016]本专利技术提供了一种高强韧的
HEA
‑
Ti
系列钛合金，该钛合金中添加了少量的
CrMnFeCoNi
高熵合金粉末从而产生了围绕在钛基体颗粒边界的准连续分布的强化相，在保持较好塑性的同时大幅提升了钛合金的抗拉强度
。
具体原因是：合金变形过程中，在弹性阶段结束后，随着应力的进一步增大，材料组织内出现局部变形带，并快速扩展，若没有其他条件阻碍，塑性失稳将会很快发生，但实际上存在的微米级析出相使得加工硬化能力增强，合金组织中的变形带扩展到析出相时受到抑制而难以继续失稳扩展，使材料的整体塑性失稳得到抑制，并形成更多新的变形带，从而使得合金的塑性得到较好的提升
。
[0017]本专利技术所述的具有高强韧的
HEA
‑
Ti
系列钛合金，其化学成分按质量百分比为：
Ti
粉末：
92.5%~97.5%
，
CrMnFeCoNi
粉末（采购自河北覃邦新材料有限公司）：
2.5%~7.5%
，其余为不可避免的杂质元素，首先按照设计的成分配置钛合金所需的原材料并球磨混合均匀，然后采用放电等离子烧结的方法得到增强相呈准连续网状分布的高强韧钛合金材料
。
所述放电等离子烧结升温速度为
50℃/min
，烧结温度为
1050~1150℃
，保温时间为
2min
，冷却方式为随炉冷却
。
[0018]对比例1：纯钛材料，包含不可避免出现的杂质元素
。
[0019]该纯钛材料制备方法为：首先将纯钛粉末球磨，接着采用放电等离子烧结制备样品
。
其中，烧结过程在真空环境下进行，升温速度为
50℃/min
，烧结温度为
1100℃
，保温时间为
2min
，随炉冷却
。
[0020]利用线切割切烧结态样品中心部位制成标准拉伸试样
。
在室温下进行拉伸实验，结果表明，纯钛材料的抗拉强度为
382MPa
，塑性变形量为
39.4%。
材料致密度测得结果为
87.2%。
[0021]对比例2：一种钛合金材料，其化学成分按质量百分比为： Ti
： 92.5%
，
AlCoCrFeNi
2.1
：
7.5%
，其余为不可避免的杂质元素
。
[0022]该钛合金材料制备方法为：首先将原材料粉末球磨混粉，接着采用放电等离子烧结制备样品
。
其中，烧结过程在真空环境下进行，升温速度为
50℃/min,
烧结温度为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高强韧钛合金的制备方法，其化学成分按质量百分比为：
Ti
：
92.5%~97.5%
，
CrMnFeCoNi
：
2.5%~7.5%
；具体包括如下步骤：（1）按照合金成分配置钛合金所需的原材料，并球磨混合均匀；（2）在真空环境下，将步骤（1）所得混合粉末进行放电等离子烧结，得到增强相沿颗粒边界呈准连续分布的钛合金烧结体
。2.
如权利要求所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，按照合金成分配置钛合金所需的
Ti
粉末和

【专利技术属性】
技术研发人员：孔见，张伟，董可伟，王克鸿，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：