一种耐700℃钛基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700℃钛基材料及其制备方法。

背景技术：

1、航空航天领域部分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。

2、由于耐高温钛合金变形抗力大、热加工窗口较窄，变形困难，引入脆性较大的颗粒、晶须等陶瓷析出相后，塑性下降，极易发生开裂，大大增加了材料的加工难度，使宽幅薄板制备更加困难。已有报道的耐700℃钛基材料薄板宽幅多在400mm以下，针对薄壁类构件常用的大尺寸(宽度≥800mm，长度≥1500mm，厚度0.5～2mm)的板材，尚未有相关研制报告。新型耐700～750℃钛基材料宽幅板材的研制已成为目前亟需解决的难题。

3、因此，发明人提供了一种耐700℃钛基材料及其制备方法。

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700℃钛基材料及其制备方法，解决了钛基复合材料高温性能不足的技术问题。

3、(2)技术方案

4、本发明的第一方面提供了一种耐700℃钛基材料，其组分及质量百分比为：铝6.0％～7.0％、锡1.0％～4.5％、锆3.5％～6.0％、钼0.5％～1.0％、铌0.5％～1.5％、硅0.2％～0.5％、硼0.2％～0.7％、碳0.06％～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，铝元素与锡元素的质量百分比之和小于10.5％。

6、进一步地，钼元素与铌元素的质量百分比之和大于0.8％，且钼元素与铌元素的质量百分比之和小于或等于2.5％。

7、进一步地，硼元素的质量百分比与钼元素及铌元素的质量百分比之和为正相关，硼元素的质量百分比与铝元素及锡元素之和为负相关。

8、进一步地，所述难熔金属包括钽和钨中的至少一种，其质量百分比小于或等于3％。

9、本发明的第二方面提供了一种耐700℃钛基材料的制备方法，包括以下步骤：

10、步骤1、将各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材料锭坯；

11、步骤2、在所述钛基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，每火次的变形量为20～70％，然后空冷至室温，获得tib析出相细小且各向均匀分布的钛基材料锻坯；

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

13、步骤4、将所述钛基材料板坯置于β+20℃～β+200℃的加热炉中进行加热处理并保温，然后轧制，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％；

14、步骤5、在β+20℃～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；

15、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；

16、步骤7、将包覆处理好的坯料置于β+20℃～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15～35％，终轧温度高于或等于β-60℃；

17、步骤8、对所述半成品板材进行表面处理，得到耐700℃钛基材料板材。

18、进一步地，步骤2中的保温时间为3～10h。

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

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

21、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％。

22、进一步地，步骤8所得到的板材组织为基体组织中β晶粒尺寸在100μm以下，内部为近网篮状的片层组织，析出相尺寸在80μm以下。

23、(3)有益效果

24、综上，本发明通过tib、α2及硅化物等多种析出相的协同强化提高强度，适度提高β稳定元素含量以改善塑性，以及调控基体组织形成近网篮状的细小晶粒，综合提高强塑性能，实现了良好的室温塑性、高温强度及持久性能匹配。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，精确调控终锻终轧火次中道次变形量，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)×(1500～2000mm)尺寸的钛基复材薄板制备，解决了宽幅耐700℃钛基材料薄板轧制困难的问题。

技术特征：

1.一种耐700℃钛基材料，其特征在于，包括的组分及质量百分比为：铝6.0％～7.0％、锡1.0％～4.5％、锆3.5％～6.0％、钼0.5％～1.0％、铌0.5％～1.5％、硅0.2％～0.5％、硼0.2％～0.7％、碳0.06％～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700℃钛基材料，其特征在于，铝元素与锡元素的质量百分比之和小于10.5％。

3.根据权利要求1所述的耐700℃钛基材料，其特征在于，钼元素与铌元素的质量百分比之和大于0.8％，且钼元素与铌元素的质量百分比之和小于或等于2.5％。

4.根据权利要求1所述的耐700℃钛基材料，其特征在于，硼元素的质量百分比与钼元素及铌元素的质量百分比之和为正相关，硼元素的质量百分比与铝元素及锡元素之和为负相关。

5.根据权利要求1所述的耐700℃钛基材料，其特征在于，所述难熔金属包括钽和钨中的至少一种，其质量百分比小于或等于3％。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述的耐700℃钛基材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2中的保温时间为3～10h。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤4中的保温时间为h×(1.0～2.0)min，h为坯料总厚度，单位为mm。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤8所得到的板材组织为基体组织中β晶粒尺寸在100μm以下，内部为近网篮状的片层组织，析出相尺寸在80μm以下。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的制备方法，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％。

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700℃钛基材料及其制备方法。该钛基材料的组分及质量百分比为：铝6.0％～7.0％、锡1.0％～4.5％、锆3.5％～6.0％、钼0.5％～1.0％、铌0.5％～1.5％、硅0.2％～0.5％、硼0.2％～0.7％、碳0.06％～0.15％，余量为钛、难熔金属和不可避免的杂质元素。该耐700℃钛基材料及其制备方法的目的是解决钛基复合材料高温性能不足的问题。

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
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