一种高热稳定性等轴纳米晶Ti6Al4V-Ag合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及钛合金材料领域，具体为一种高热稳定性等轴纳米晶Ti6Al4V

【技术实现步骤摘要】
一种高热稳定性等轴纳米晶Ti6Al4V-Ag合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钛合金材料领域，具体为一种高热稳定性等轴纳米晶Ti6Al4V-Ag合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]钛合金以其高强度、低密度、优异的耐腐蚀性能和良好的生物相容性，被广泛应用于航空航天、生物医疗、石油化工、汽车工业和海洋工程等重要领域。随着近年来经济技术的飞速发展，需要研发具有更高性能的新型钛合金材料。与传统粗晶钛合金相比，纳米晶钛合金具有更高的强度与塑性、较大的疲劳强度、高温超塑性等优异的综合力学性能，同时它还具有良好的耐磨性、极佳的生物相容性以及诸多独特的物理化学性能，这些在实际应用中极具吸引力，制备纳米晶钛合金为传统钛合金的性能优化开辟了新途径。
[0003]目前，块体纳米晶金属材料的制备主要是通过大塑性变形(SPD)法来实现的。常见的大塑性变形法包括等通道转角挤压(ECAP)、累积复合轧制(ARB)、多向锻造(MF)和高压扭转(HPT)等，这些方法均需要依靠大功率设备及昂贵的模具，所制备材料的尺寸也较小，无法满足规模化工业生产的需要。此外，纳米晶金属材料的组织热稳定性是制约其应用与发展的另一重要瓶颈。当晶粒尺寸细化至纳米级时，材料内界面的数量将远高于传统粗晶材料，界面能的升高使组织热稳定性显著下降，某些纳米晶金属材料甚至可以在室温条件下发生组织回复和晶粒长大，使材料丧失原有优异的性能。
[0004]本专利技术提供了一种高热稳定性的纳米晶Ti6Al4V-Ag合金，实现了纳米晶钛合金的低成本和规模化制备，为钛工业的发展带来新的基础与机遇。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高热稳定性的等轴纳米晶Ti6Al4V-Ag合金，为实现上述目标，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种高热稳定性的等轴纳米晶Ti6Al4V-Ag合金，按重量百分比计，该钛合金的化学成分为：Al：5.0～7.0；V：3.0～5.0；Ag：0.01～16.0(优选为7.0～14.2)；余量为Ti。
[0007]本专利技术所述高热稳定性的等轴纳米晶Ti6Al4V-Ag合金的制备方法为：采用真空自耗炉熔炼多次，获得原材料铸锭，铸锭修磨后经过1100℃以上开坯锻造、精锻加工成坯，后经热变形获得等轴纳米晶Ti6Al4V-Ag合金。
[0008]精锻加工所得坯料在900℃以上保温一段时间后，快速冷却至室温，获得纳米板条前驱体；对所得纳米板条前驱体进行热变形，最终获得等轴纳米晶Ti6Al4V-Ag合金。
[0009]作为优选的技术方案：
[0010]在900℃以上，保温时间t＝(2.6-4.4)D min，其中，D为试样的有效厚度，单位为毫米mm。
[0011]所得坯料在900℃-1300℃保温一段时间后，快速冷却至室温。
[0012]快速冷却的冷却速率在25～300℃/s之间。
[0013]所述纳米板条前驱体在温度为770～840℃，应变速率为0.5～5s-1
的范围内进行热变形，总应变量大于等于70％。优选为：热变形温度为780～810℃，应变速率为0.5～2s-1
，总应变量为75～90％。
[0014]采用本专利技术所述方法制备所得纳米晶材料的显微组织为等轴α组织，晶粒尺寸在30～300nm之间；在温度为650℃及以下时效1h以内，晶粒不发生粗化长大。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016](1)区别于现有技术的情况，本专利技术所提供的钛合金无需依靠大功率设备及昂贵的模具，通过常规热变形即可实现纳米晶钛合金的制备。
[0017](2)采用本专利技术所述方法可大幅提高纳米晶钛合金组织的热稳定性。
[0018](3)采用本专利技术所述方法制备块体纳米晶金属材料不受尺寸限制，与现有技术相比能够制备出更大尺寸的块体纳米晶金属材料，从而满足规模化工业生产的需要。
[0019](4)采用本专利技术所述的方法可显著提高钛合金材料的综合力学性能，可广泛应用于航空航天、生物医疗、石油化工、汽车工业和海洋工程等诸多重要领域。在优选合金成分(银含量7.0～14.2％)与热变形条件下(热变形温度为780～810℃，应变速率为0.5～2s-1
，总应变量为75～90％)，所制备的纳米晶Ti6Al4V-Ag合金的拉伸强度高达1220～1380MPa，延伸率在10～20％，维氏硬度在400～490之间。
附图说明
[0020]图1纳米板条前驱体TEM照片。
[0021]图2纳米板条前驱体经热变形后形成的等轴纳米晶组织TEM照片。
具体实施方式
[0022]为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。
[0023]本专利技术提供一种新型钛合金，该钛合金的化学成分为：Al：5.0～7.0；V：3.0～5.0；Ag：0.01～16.0；余量为Ti。合金中的杂质元素含量应符合钛合金国家标准中的相应要求。
[0024]请参阅图1～2。图1是本专利技术实施例7中的材料经快速冷却后形成的纳米板条前驱体，从TEM组织照片中可以看出，所有板条的宽度均小于100nm。图2是本专利技术实施例7的纳米板条前驱体经热变形后形成的等轴纳米晶组织，从TEM照片中可以看出，晶粒尺寸在35～130nm之间。
[0025]下面将通过几组具体实施例和对比例来对本申请进行说明、解释，但不应用来限制本申请的范围。
[0026]实施例：实施例1～9为根据本专利技术提供的化学成分范围进行冶炼的Ti6Al4V-Ag合金，其Ag元素的含量逐步提高，相应的制备工艺也在本专利技术规定的技术参数范围内进行适当调整。所制备的块体纳米晶金属材料的尺寸为100
×
100
×
25mm。
[0027]对比例：对比例1的化学成分低于本专利技术提供的化学成分范围下限，对比例9的化学成分高于本专利技术提供的化学成分范围上限，通过分别与实施例1和实施例9进行比较，说明Ag含量对纳米晶制备的影响。对比例2的应变量低于本专利技术提供的应变量的下限，通过与实施例2进行比较，说明应变量对纳米晶制备的影响。对比例3的应变速率高于本专利技术提供
的应变速率的上限，对比例4的应变速率低于本专利技术提供的应变速率的下限，通过分别与实施例3和实施例4进行比较，说明应变速率对纳米晶制备的影响。对比例5在热处理后缓慢冷却至室温，通过与实施例5进行比较，说明热处理后的冷却速率对纳米晶制备的影响。对比例6的热处理温度低于本专利技术提供的热处理温度的下限，通过与实施例6进行对比，说明热处理温度对纳米晶制备的影响。对比例7的热变形温度高于本专利技术提供的热变形温度的上限，对比例8的热变形温度低于本专利技术提供的热变形温度的下限，通过分别与实施例7和实施例8进行比较，说明热变形温度对纳米晶制备的影响。对比例10为通过ECAP工艺制备的纳米晶Ti6Al4V合金，通过比较实施例1～9与对比例10在高温时效过程中的组织演变，说明本专利技术提供的纳米晶钛合金具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高热稳定性的等轴纳米晶Ti6Al4V-Ag合金，其特征在于：按重量百分比计，该钛合金的化学成分为：Al：5.0～7.0；V：3.0～5.0；Ag：0.01～16.0；余量为Ti。2.按照权利要求1所述高热稳定性的等轴纳米晶Ti6Al4V-Ag合金，其特征在于：按重量百分比计，Ag：7.0～14.2。3.一种权利要求1所述高热稳定性的等轴纳米晶Ti6Al4V-Ag合金的制备方法，其特征在于：采用真空自耗炉熔炼多次，获得原材料铸锭，铸锭修磨后经过1100℃以上开坯锻造、精锻加工成坯，后经热变形获得等轴纳米晶Ti6Al4V-Ag合金。4.按照权利要求3所述高热稳定性的等轴纳米晶Ti6Al4V-Ag合金的制备方法，其特征在于：精锻加工所得坯料在900℃以上保温一段时间后，快速冷却至室温，获得纳米板条前驱体；对所得纳米板条前驱体进行热变形，最终获得等轴纳米晶Ti6Al4V-Ag合金。5.按照权利要求4所述高热稳定性的等轴纳米晶Ti6Al4V-Ag合金的制备方法，其特征在于：在900℃以上保温，保温时间t＝(2.6-4.4)D min，其中，D为试样的有效...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海，任玲，张书源，杨柯，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：