晶须增强钛基复合材料锻造材的热处理强化方法

本发明涉及金属基复合材料制备领域，具体涉及晶须增强钛基复合材料锻造材的热处理工艺。

背景技术：

1、随着航空工业的进一步发展，人们对钛合金提出越来越高的要求，传统钛合金服役温度难以满足要求，亟需发展新型的轻质耐高温材料。钛合金基体中添加陶瓷相形成的非连续增强钛基复合材料具有高比刚度、高比强度、优良的高温性能及耐磨性能、较低的热膨胀系数，被广泛应用于航空航天、生物医学、汽车工业等领域。其中增强相的形貌主要有颗粒和晶须，而最常用的增强相为tib晶须(tibw)。

2、而晶须的引入虽然可以显著细化钛合金的基体组织，材料强度虽然得到极大的提高，但陶瓷相脆性较大，也就是说，晶须的引入势必降低基体合金的塑性，导致钛基复合材料强度/塑性倒置现象严重。

3、中国专利cn117418180a公开了一种高强韧性钛合金的锻造及热处理方法，对锻坯进行循环热处理和两步退火处理，使tc4钛合金组织结构得到优化改善，主要表现为晶粒得到细化，同时消除锻件中的残余应力，最终使锻件具有优异的强度和韧性。然而，对于钛基复合材料来说，tib的存在会影响热处理的组织转变，继而对材料的力学性能产生一定的影响，因此上述的热处理工艺并不能有效改善钛基复合材料的性能。

4、文献“s.gorsse,d.b.miracle.mechanical properties of ti-6al-4v/tibcomposites with randomly oriented and aligned tib reinforcements[j].actamaterialia,2003,51(9):2427-2442.”在热处理过程中tibw可以显著的抑制复合材料晶粒的粗化，起到钉扎的作用，继而使得复合材料性能得到提高。

5、因此，通过热处理是可以实现钛基复合材料强度和塑性的良好匹配，但如何通过热处理调控基体组织使其强度提高的同时，又能够克服钛基复合材料强度/塑性倒置现象仍是目前尚未解决的难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种不损失室温延伸率或者损失较少的基础上，提高钛基复合材料室温强度的晶须增强钛基复合材料锻造材的热处理强化方法。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种晶须增强钛基复合材料锻造材的热处理强化方法，包括以下步骤：

3、固溶处理步骤：

4、先将晶须增强钛基复合材料的锻造材试样置入真空热处理炉中，以8～15℃/min的升温速率真空加热至600℃～800℃；

5、然后，向真空热处理炉内通入氩气，继续以8～15℃/min的升温速率加热至900～1000℃后保温0.5～4h，保温结束后，空冷或以大于等于200℃/s的冷却速率水冷至室温；

6、时效处理步骤：

7、将固溶处理后的锻造材试样放入真空热处理炉中，以8～15℃/min的升温速率真空加热至500～700℃，然后保温2～6h后，空冷至室温，即得到强化后的晶须增强钛基复合材料。

8、进一步的，所述得到的强化后的晶须增强钛基复合材料的基体组织中等轴α体积分数为5～20％，其余为β转变组织，其中长径比小于等于3的α为等轴α。

9、进一步的，还包括切取所述强化后的晶须增强钛基复合材料的金相试样的步骤。

10、进一步的，所述切取金相试样具体为切取长、宽、高为3～10mm的所述强化后的晶须增强钛基复合材料，并对切取部分进行打磨抛光后，置于无水乙醇中采用超声波振动清洗5～15min后吹干，即得到表面光洁的强化后的晶须增强钛基复合材料的金相试样。

11、进一步的，在所述固溶处理中，向真空热处理炉内通入氩气至炉内气压达到1atm，并控制氩气流量为1～2l/min；

12、在固溶处理和时效处理步骤中，所述真空加热时的真空度小于等于500pa。

13、进一步的，所述晶须增强钛基复合材料的增强相为tib晶须，增强相体积分数为2～7vol.％；所述晶须增强钛基复合材料的基体为ti65、ti55或ti6242合金。

14、进一步的，所述的晶须增强钛基复合材料为3.5vol.％tibw/ti6242复合材料锻造材。

15、进一步的，所述3.5vol.％tibw/ti6242复合材料锻造材的热处理强化步骤具体为：

16、在真空热处理炉中，将所述3.5vol.％tibw/ti6242复合材料的锻造材试样以10℃/min的升温速率真空加热至700℃，接着向真空热处理炉内通入氩气至炉内气压达到1atm时，再以10℃/min的升温速率加热至1000℃后保温2h，保温结束后，以大于等于200℃/s的冷却速率水冷至室温，即完成固溶处理步骤；

17、然后将固溶处理后的锻造材试样放入真空热处理炉内，以10℃/min的升温速率真空加热至600℃或650℃或700℃，保温2h后，空冷至室温，即得到强化后的晶须增强钛基复合材料。

18、进一步的，使用的真空热处理炉型号为ksl-1200x。

19、本发明的有益效果是：本发明通过对晶须增强钛基复合材料锻造材进行热处理，在不损失室温延伸率或者损失较少的基础上，提高室温强度。

20、本发明使用晶须增强钛基复合材料锻造材，按发明工艺参数进行固溶时效处理后，使得复合材料的室温抗拉强度不低于1078mpa，屈服强度不低于983mpa，延伸率不低于6.35％。相比于未进行热处理样品，在不损失室温延伸率或者损失较少的基础上，室温强度提高14～21％。

技术特征：

1.一种晶须增强钛基复合材料锻造材的热处理强化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的晶须增强钛基复合材料锻造材的热处理强化方法，其特征在于，所述得到的强化后的晶须增强钛基复合材料的基体组织中等轴α体积分数为5～20％，其余为β转变组织，其中长径比小于等于3的α为等轴α。

3.如权利要求1所述的晶须增强钛基复合材料锻造材的热处理强化方法，其特征在于，还包括切取所述强化后的晶须增强钛基复合材料的金相试样的步骤。

4.如权利要求3所述的晶须增强钛基复合材料锻造材的热处理强化方法，其特征在于，所述切取金相试样具体为切取长、宽、高为3～10mm的所述强化后的晶须增强钛基复合材料，并对切取部分进行打磨抛光后，置于无水乙醇中采用超声波振动清洗5～15min后吹干，即得到表面光洁的强化后的晶须增强钛基复合材料的金相试样。

5.如权利要求1所述的晶须增强钛基复合材料锻造材的热处理强化方法，其特征在于，在所述固溶处理中，向真空热处理炉内通入氩气至炉内气压达到1atm，并控制氩气流量为1～2l/min；

6.如权利要求1所述的晶须增强钛基复合材料锻造材的热处理强化方法，其特征在于，所述晶须增强钛基复合材料的增强相为tib晶须，增强相体积分数为2～7vol.％；所述晶须增强钛基复合材料的基体为ti65、ti55或ti6242合金。

7.如权利要求6所述的晶须增强钛基复合材料锻造材的热处理强化方法，其特征在于，所述的晶须增强钛基复合材料为3.5vol.％tibw/ti6242复合材料锻造材。

8.如权利要求7所述的晶须增强钛基复合材料锻造材的热处理强化方法，其特征在于，所述3.5vol.％tibw/ti6242复合材料的热处理强化步骤具体为：

9.如权利要求1-8任一所述的晶须增强钛基复合材料锻造材的热处理强化方法，其特征在于，使用的真空热处理炉型号为ksl-1200x。

技术总结本发明涉及一种晶须增强钛基复合材料锻造材的热处理强化方法，包括固溶处理和时效处理两个步骤，即本发明是通过对晶须增强钛基复合材料进行热处理，在不损失室温延伸率或者损失较少的基础上，使得复合材料的室温抗拉强度不低于1078MPa，屈服强度不低于983MPa，延伸率不低于6.35％，相比于未进行热处理样品，室温强度提高14～21％。技术研发人员：李淼泉,严佳宏,李莲受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16