一种耐650℃钛基复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及有色金属加工，具体涉及一种耐650℃钛基复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、航空航天多种热结构对材料温度需求达到650℃以上，目前成熟应用的高温钛合金使用温度在600℃，现有材料无法满足新型飞行器对650℃以上服役温度的要求，新型耐高温结构材料的研发成为亟待解决的关键问题。在钛合金基体中引入颗粒、晶须等陶瓷析出相，并调控优化基体成分，可提高其强度、耐热性、抗持久蠕变能力、弹性模量等，使用温度达到650℃，可用于飞机蒙皮、防火墙、隔框、横梁、腹板及结构骨架等耐热结构部件，具有重要的应用前景。

2、因此，发明人提供了一种耐650℃钛基复合材料及其制备方法。

技术实现思路

1、(1)要解决的技术问题

2、本发明实施例提供了一种耐650℃钛基复合材料及其制备方法，解决了钛基复合材料的高温性能不足、薄板制备困难的技术问题。

3、(2)技术方案

4、本发明的第一方面提供了一种耐650℃钛基复合材料，包括的组分及质量百分比为：铝6.0％～7.0％、锆1.0％～3.0％、钼0.5％～2.0％、钒0.1％～2.0％、硅0.1％～0.4％、硼0.3％～0.7％、碳0.01％～0.15％，余量为钛、难熔金属和不可避免的杂质元素。

5、进一步地，所述难熔金属包括铌、钨及钽中的至少一种，其质量百分比小于或等于2％。

6、本发明的第二方面提供了一种上述的耐650℃钛基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

7、步骤1、将元素原材料按质量百分比均匀混合，然后压制并焊接成熔炼电极，通过多次真空自耗电极熔炼制备出钛基复合材料锭坯；

8、步骤2、在所述钛基复合材料锭坯的表面涂耐高温抗氧化涂层后，在β+50℃～β+200℃相区进行保温处理，然后进行多火次锻造变形，每火次变形量为20～50％，然后空冷至室温，获得析出相细小且各向均匀分布的钛基复合材料锻坯；

9、步骤3、对所述钛基复合材料锻坯进行表面打磨处理，然后涂覆抗氧化涂层，得到钛基复合材料板坯；

10、步骤4、将所述钛基复合材料板坯置于β+50℃～β+200℃的加热炉中进行加热处理并保温，然后热轧，首火次进行多道次变形，每道次的变形量为10～35％，火次变形量为30～80％；

11、步骤5、在β+30℃～β+200℃的加热炉中进行加热处理并保温，换向后进行多道次变形，每道次的变形量为20～40％，火次变形量为40～80％，轧制变形后空冷至室温；

12、步骤6、重复步骤5进行至少一火次变形，然后将坯料进行表面处理，切割加工成合适尺寸，采用金属板材包覆坯料并封焊；

13、步骤7、将包覆处理好的坯料置于β+30℃～β+200℃的加热炉中并保温，进行多道次变形，得到半成品板材；其中，每道次的变形量为15～30％，终轧温度高于或等于β-50℃；

14、步骤8、对所述半成品板材进行表面处理，得到耐650℃钛基复合材料板材。

15、进一步地，所述钛基复合材料锭坯的组织由α+β相及α2相、tib及硅化物构成。

16、进一步地，步骤2中的保温时间为3～10h。

17、进一步地，步骤4中的保温时间为h×(1.0～2.0)min，其中，h为坯料总厚度，单位为mm。

18、进一步地，步骤7中的保温时间为h×(1.0～1.5)min，其中，h为坯料总厚度，单位为mm。

19、进一步地，步骤7中的最后一道次变形量小于前一道次变形量且小于或等于25％。

20、进一步地，所述半成品板材的基体组织为近网篮状片层组织与不连续晶界α相的构成。

21、进一步地，步骤4～6中火次内的板坯进行短时回炉保温处理。

22、(3)有益效果

23、综上，本发明通过微米级陶瓷化合物、纳米级α2和硅化物相协同强化、添加难熔金属元素、以及调控基体组织形成片层组织提高高温强度，并细化β晶粒尺寸以改善塑性，实现了良好的室温塑性及高温强度匹配。采用β单相区以上锻造及轧制变形，大的火次及道次轧制变形量减少温降，严格控制终变形温度在β-50℃以上，精确调控终锻终轧火次中不同道次变形量，获得了具有近网篮组织特点的细小晶粒，tib相呈细小均匀分布，实现了(0.9～2mm)×(800～1000mm)×(2000～2500mm)尺寸的钛基复合材料薄板制备，具有良好的室温及高温性能匹配。

技术特征：

1.一种耐650℃钛基复合材料，其特征在于，包括的组分及质量百分比为：铝6.0％～7.0％、锆1.0％～3.0％、钼0.5％～2.0％、钒0.1％～2.0％、硅0.1％～0.4％、硼0.3％～0.7％、碳0.01％～0.15％，余量为钛、难熔金属和不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的耐650℃钛基复合材料，其特征在于，所述难熔金属包括铌、钨及钽中的至少一种，其质量百分比小于或等于2％。

3.一种如权利要求1-2中任一项所述的耐650℃钛基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的耐650℃钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述钛基复合材料锭坯的组织由α+β相及α2相、tib及硅化物构成。

5.根据权利要求3所述的耐650℃钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中的保温时间为3～10h。

6.根据权利要求3所述的耐650℃钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤4中的保温时间为h×(1.0～2.0)min，其中，h为坯料总厚度，单位为mm。

7.根据权利要求3所述的耐650℃钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤7中的保温时间为h×(1.0～1.5)min，其中，h为坯料总厚度，单位为mm。

8.根据权利要求3所述的耐650℃钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤7中的最后一道次变形量小于前一道次变形量且小于或等于25％。

9.根据权利要求8所述的耐650℃钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述半成品板材的基体组织为近网篮状片层组织与不连续晶界α相的构成。

10.根据权利要求3-9中任一项所述的耐650℃钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤4～6中火次内的板坯进行短时回炉保温处理。

技术总结
本发明涉及有色金属加工技术领域，具体涉及一种耐650℃钛基复合材料及其制备方法。该耐650℃钛基复合材料包括的组分及质量百分比为：铝6.0％～7.0％、锆1.0％～3.0％、钼0.5％～2.0％、钒0.1％～2.0％、硅0.1％～0.4％、硼0.3％～0.7％、碳0.01％～0.15％，余量为钛、难熔金属和不可避免的杂质元素。该耐650℃钛基复合材料及其制备方法的目的是解决钛基复合材料的高温性能不足、薄板制备困难的问题。

技术研发人员：曾元松,王富鑫,韩秀全,付明杰,刘莹莹,黄志涛,张书铭,乔虹,王钧仡
受保护的技术使用者：中国航空制造技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15