一种钛合金形核颗粒、钛合金细化剂及其制备方法、钛合金

本申请属于钛合金加工，尤其涉及一种钛合金形核颗粒、钛合金细化剂及其制备方法、钛合金。

背景技术：

1、钛及钛合金材料具有密度小，比强度高，高温性能优良等特点，其在关键领域的高性能结构件和高温结构件方面得到广泛应用。钛在我国储量丰富，作为新型性能优良的结构材料，我国针对不同的使用条件和应用领域，相继研发出高温钛合金、高强钛合金、低温钛合金、耐蚀钛合金等。铸造钛合金包含有沿着晶界分布的粗大魏氏组织，晶内相互交织的网篮组织以及α板条集束组织，不同形态的铸态组织的力学性能存在差异，铸态组织的不均匀性是铸造钛合金力学性能差的主要原因。钛合金铸态组织对后续合金成型过程、产品质量和力学性能影响巨大，因此改善钛合金铸态组织是控制材料质量和性能的中重要途径。

2、晶粒细化是提高钛合金组织均匀性、同时提高合金强塑性的关键手段。向钛合金熔体中添加形核剂可以得到均匀细小的晶粒，其操作简短、效果显著，是常用的组织细化方法。已报道的钛合金细化剂有b、c、sic、tib2、tic、fe、cu、y2o3、la2o3等。以上细化剂中，sic、tib2、tic等颗粒会在钛熔体中溶解，释放b或c元素，通过提高合金成分过冷促进形核。对钛合金晶粒细化效率最高的是b元素，但是会在晶界处析出大量的tib(空间群pnma)颗粒，钛合金强度提高的同时塑性显著降低；添加fe、cu等与钛合金具有一定固溶度的合金元素来提高成分过冷促进晶粒细化，在细化晶粒的同时，合金强度提高塑性下降；而y2o3、la2o3等可以在熔融钛合金中稳定存在，但是y2o3、la2o3颗粒与β-ti合金的二维晶格错配度较差，且容易在晶界处富集长大严重危害合金塑性，细化β-ti晶粒的效果较差，并且不能为α-ti形核提供有效的形核位点，不能改善α-ti组织均匀性。

3、因此，有必要开发一种具有明显晶粒细化和组织均匀化效果并且避免颗粒大量富集的钛合金形核剂。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供一种钛合金形核颗粒，旨在开发一种具有明显晶粒细化和组织均匀化效果并且避免颗粒大量富集的钛合金形核颗粒。

2、本申请实施例是这样实现的，一种钛合金形核颗粒，所述钛合金形核剂包含bf-tib颗粒；所述bf-tib颗粒的晶格结构为正交晶系，空间群为cmcm，晶格参数为

3、本申请实施例的另一目的在于一种钛合金细化剂，所述钛合金细化剂为含有亚微米级或纳米级的硼化物颗粒的中间合金；将所述钛合金细化剂加入钛合金中能够内生如上述的bf-tib颗粒。

4、本申请实施例的另一目的在于一种上述的钛合金细化剂的制备方法，包括：

5、将稀释剂、硼源粉末以及金属粉混合均匀后进行压坯处理；所述金属粉能与硼元素形成空间群为cmcm的硼化物；

6、将压坯置于真空或者惰性气氛下进行烧结处理，烧结温度为750℃～1000℃，得到钛合金细化剂。

7、本申请实施例的另一目的在于一种钛合金的细化方法，包括：

8、将钛合金原料进行熔化处理，得到钛合金液；

9、在所述钛合金液中加入如上述的钛合金细化剂进行均匀混合，得到金属液；所述钛合金细化剂中的硼化物颗粒的质量不大于金属液总质量的1％；

10、将所述金属液进行铸造成型处理，得到细化后的钛合金。

11、本申请实施例的另一目的在于一种钛合金，所述钛合金是由上述的钛合金的细化方法细化得到。

12、本申请实施例提供了一种钛合金细化剂，通过向钛合金中加入少量该钛合金细化剂，即可内生bf-tib颗粒作为β-ti晶粒和α-ti的形核颗粒，以促进β-ti晶粒和α-ti组织形核并细化，且该形核剂对铸造双相钛合金的组织均匀化效果显著，消除了晶界魏氏组织和晶内网篮组织，得到了完全的α层状集束组织；同时，该形核颗粒处于弥散分布的状态，避免了现有形核颗粒存在的晶界处富集的问题；另外，针对钛合金的细化过程简单，细化剂用量少，易于控制，对钛合金等合金组织性能的控制具有重要的实际应用价值。

技术特征：

1.一种钛合金形核颗粒，其特征在于，所述钛合金形核颗粒是bf-tib颗粒；所述bf-tib颗粒的晶格结构为正交晶系，空间群为cmcm，晶格参数为

2.一种钛合金细化剂，其特征在于，所述钛合金细化剂为含有亚微米级或纳米级的硼化物颗粒的中间合金；将所述钛合金细化剂加入钛合金中能够内生如权利要求1所述的bf-tib颗粒。

3.如权利要求2所述的钛合金细化剂，其特征在于，所述硼化物颗粒中金属元素为vb族元素、vib族元素v、nb、ta、cr、mo中的一种或几种。

4.一种权利要求2所述的钛合金细化剂的制备方法，其特征在于，包括：

5.如权利要求4所述的钛合金细化剂的制备方法，其特征在于，硼元素与金属粉的摩尔比为2.5-1.0；稀释剂占混合物总质量的50-90％。

6.如权利要求4或5所述的钛合金细化剂的制备方法，其特征在于，所述金属粉为铌粉、钒粉、钽粉、铬粉、钼粉中的一种或几种或合金粉。

7.如权利要求4或5所述的钛合金细化剂的制备方法，其特征在于，所述硼源粉末的粒度为1μm以下；所述金属粉的粒度为10μm以下。

8.一种钛合金的细化方法，其特征在于，包括：

9.一种钛合金，其特征在于，所述钛合金是由权利要求8所述的钛合金的细化方法细化得到。

10.根据权利要求9所述的钛合金，其特征在于，所述钛合金的平均晶粒尺寸为188～593μm，α-ti层状集束组织的平均尺寸为20～40μm。

技术总结
本申请适用于钛合金加工技术领域，提供了一种钛合金形核颗粒、钛合金细化剂及其制备方法、钛合金。本申请通过向钛合金中加入少量钛合金细化剂，即可内生Bf‑TiB颗粒作为β‑Ti晶粒和α‑Ti的形核颗粒，以促进β‑Ti晶粒和α‑Ti组织形核并细化，且该形核颗粒对铸造双相钛合金的组织均匀化效果显著，消除了晶界魏氏组织和晶内网篮组织，得到了完全的α层状集束组织；同时，该形核颗粒处于弥散分布的状态，避免了现有形核颗粒存在的晶界处富集的问题；另外，针对钛合金的细化过程简单，细化剂用量少，易于控制，对钛合金等合金组织性能的控制具有重要的实际应用价值。

技术研发人员：赵庆龙,朱云龙,房新朋
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27