[发明专利]基于原位晶须强韧化的双尺度结构钛合金及制备与应用

摘要

本发明属于钛合金材料领域，公开了一种基于原位晶须强韧化的双尺度结构钛合金及其制备方法与应用。所述钛合金各元素的原子百分比为Ti58～70％，Nb9～16％，Cu4～9％，Ni4～9％，Al2～8％，B0.5～3％，其微观组织结构为部分超细晶fcc MTi2呈长条状沿着微米晶bccβ‑Ti基体晶界分布，部分超细晶fcc MTi2在微米晶bccβ‑Ti内以长条状分布，超细晶原位TiB晶须分布在晶界的超细晶fcc MTi2内部及微米晶bccβ‑Ti内部，其中M＝Cu和Ni。本发明在超细晶第二相+微米等轴晶基体的双尺度结构中引入细针状原位TiB晶须，实现了材料的进一步强韧化。

主权项

1.一种基于原位晶须强韧化的双尺度结构钛合金的制备方法，其特征在于：所述基于原位晶须强韧化的双尺度结构钛合金的化学表达式为：Ti‑Nb‑Cu‑Ni‑Al‑B，各元素的原子百分比为Ti 58～70at.％，Nb 9～16at.％，Cu 4～9at.％，Ni 4～9at.％，Al 2～8at.％，B 0.5～3at.％，以及不可避免的微量杂质；其微观组织结构为部分超细晶fcc MTi2呈长条状沿着微米晶bccβ‑Ti基体晶界分布，部分超细晶fcc MTi2在微米晶bccβ‑Ti内以长条状分布，超细晶原位TiB晶须分布在晶界的超细晶fcc MTi2内部及微米晶bccβ‑Ti内部，其中M＝Cu和Ni；所述制备方法包括以下制备步骤：(1)混粉：根据设计的合金成分把单质粉末按比例配料后混匀；(2)高能球磨制备合金粉末：将混合均匀的粉末置于惰性气氛保护的球磨罐中进行高能球磨，直至形成B元素均匀分布、且具有纳米晶或非晶结构的合金粉末，然后对球磨终态合金粉末进行热物性分析，确定升温过程中合金粉末的低熔点fcc MTi2相熔化峰特征温度和高熔点bccβ‑Ti熔化峰特征温度，包括开始熔化温度、峰值熔化温度和结束熔化温度；(3)半固态烧结合金粉末：将步骤(2)的合金粉末装入模具内进行烧结，烧结过程分为三个阶段：①烧结压力条件下，升温至低于低熔点fcc MTi2相的熔化峰的开始熔化温度，对合金粉末进行致密化烧结处理，并使B元素均匀分布于各相区内；②继续升温至半固态烧结温度Ts，其中低熔点fcc MTi2相熔化峰的开始熔化温度≤Ts≤高熔点bccβ‑Ti熔化峰的开始熔化温度，在10～400MPa烧结压力下进行半固态烧结加工处理5～30min，使含B的fcc熔体具有高度密堆的原子结构；③随炉冷却至室温，当冷至600℃时卸掉压力以降低内应力，得到基于原位晶须强韧化的双尺度结构钛合金。