[发明专利]一种超塑性非连续增强钛基复合材料及其超塑性成形方法

说明书

本发明提供了一种超塑性非连续增强钛基复合材料及其超塑性成形方法，该超塑性成形方法包括：(1)将钛粉、二硼化钛粉和硅粉采用粉末冶金法制得非连续增强钛基复合材料；(2)对所述非连续增强钛基复合材料依次进行均一化热处理和热变形处理，得到热处理坯体；(3)将所述热处理坯体进行超塑性成形，得到所述超塑性非连续增强钛基复合材料。本发明提供的超塑性成形方法能够减少钛基复合材料的预处理步骤，降低超塑性变形成本，同时降低钛基复合材料的超塑性变形温度，提高其超塑性变形速率，获得具有更佳的超塑性变形能力的超塑性非连续增强钛基复合材料。

技术领域

本发明涉及超塑性成形技术领域，特别涉及一种超塑性非连续增强钛基复合材料及其超塑性成形方法。

背景技术

超塑性指材料在一定温度及变形速率下拥有超过100％拉伸变形能力的现象，超塑性加工即指利用材料的超塑性在高温下对材料进行大塑性变形的加工方法。利用金属材料的超塑性，可使用气涨成型等手段制备出无接缝，无连接件，成形精度优良，表面质量良好的大型板状或壳状复杂构件。由于结构中不存在焊缝及螺钉、销钉等连接件，使用超塑性成形方法对构件进行加工还能够大幅降低构件复杂度，削减整体零件数量，提升构件的性能及可靠性，并使构件更加美观。由于以上特征，超塑性成形方法在铝、镁、钛等金属中已得到广泛应用，所制备出的构件已大批量应用在汽车壳体、高铁车壳及厢体、飞机舱门等重要结构中。

非连续增强钛基复合材料具有比强度及比刚度高，高温性能好，各向同性好，可机械加工等特征，是航空航天领域的理想减重材料。非连续增强钛基复合材料是以钛合金为基体，通过原位自生或外加方式加入硬质陶瓷增强体制备的金属基复合材料。然而由于钛的α相属于密排六方结构，塑性变形能力较差，加之无法变形的硬质陶瓷颗粒进一步限制了材料的塑性变形能力，使得钛基复合材料的塑性成形能力较差，其超塑性变形能力有限，且变形条件苛刻。

目前，非连续增强钛基复合材料的超塑性成形方法对变形温度要求较高，通常将变形温度设置为约低于β转变温度50℃的范围内，导致能源消耗成本较高，且对设备要求也较高；而且在超塑性成形前一般需要对原材料进行多工序、多道次、大变形量的双相区塑性变形等复杂的前处理步骤，进一步增加了超塑性成形的成本。因此，为了解决上述技术问题，急需一种低成本、温度要求低且超塑性变形能力优异的非连续增强钛基复合材料的超塑性成形方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种超塑性非连续增强钛基复合材料及其超塑性成形方法，该超塑性成形方法能够减少钛基复合材料的预处理步骤，降低超塑性变形成本，同时降低钛基复合材料的超塑性变形温度，提高其超塑性变形速率，获得具有更佳的超塑性变形能力的超塑性非连续增强钛基复合材料。

第一方面，本发明提供了一种超塑性非连续增强钛基复合材料的超塑性成形方法，所述超塑性成形方法包括如下步骤：

(1)将钛粉、二硼化钛粉和硅粉采用粉末冶金法制得非连续增强钛基复合材料；

(2)对所述非连续增强钛基复合材料依次进行均一化热处理和热变形处理，得到热处理坯体；

(3)将所述热处理坯体进行超塑性成形，得到所述超塑性非连续增强钛基复合材料。

优选地，在步骤(1)中，所述钛粉的粒径≤120μm；

所述二硼化钛粉的粒径≤2μm；

所述硅粉的粒径≤2μm。

优选地，在步骤(1)中，所述钛粉优选为TA15合金。

优选地，在步骤(1)中，所述钛粉、所述二硼化钛粉和所述硅粉的质量之比为(94～99.4):(0.5～5):(0.1～1)。

优选地，在步骤(1)中，所述粉末冶金法优选为真空热压烧结法；