專利名稱：多組分鈦合金熱性能和電性能的改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改善鈦合金物理性能的方法，尤其是針對鈦基成分制成物質(zhì)的一種提高導(dǎo)熱率、降低電阻率的方法。
背景技術(shù)：
鈦合金同時具有優(yōu)良的物理性能和機械性能，為像航空航天和空間等各種工業(yè)領(lǐng)域提供超輕質(zhì)材料。但是相比于其他結(jié)構(gòu)用金屬，例如鋼和鋁，鈦合金的導(dǎo)熱率較低。鈦合金的低導(dǎo)熱率會影響到加工和熱處理后的加熱速率和可獲得的冷卻速率。相比于鋼和鋁， 鈦合金的另一個缺點是具有高電阻率。高電阻率限制了鈦合金作為電導(dǎo)體的使用。所以針對普通的鈦合金，像Ti-6A1-4V，在不降低其機械性能，特別是不降低其延伸率和疲勞性能的前提下，需要有一種新的改善方法來提高其導(dǎo)熱率并降低其電阻率。本發(fā)明的方法就滿足了這一需求。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明所提供新的改善的方法，鈦合金中摻入硼化鈦(TiB)析出物，并使合金受到控制變形在有利于達(dá)到導(dǎo)熱性能和電性能改善的方向上排列硼化鈦(TiB)析出物。 所述排列硼化鈦(TiB)析出物的控制變形是通過金屬熱加工實現(xiàn)的。硼被引入作為鈦合金成分，通過任何合適的方法產(chǎn)生析出物，所述方法如鑄造 (casting)、*lft;!j口工(cast-and-wrought processing) sKf^^tf^^ft. (gas atomization) 方法與混合元素(blended elemental)方法那樣的粉末冶金技術(shù)。像鍛打(forging)、滾壓 (rolling)和擠壓(extrusion)等金屬熱加工的操作方法能用于實現(xiàn)在沿金屬流方向上對硼化鈦(TiB)析出物的排列。作為示例，本發(fā)明的方法針對像Ti-6Al-4V(Ti_64)和 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo(Ti-6242)這樣的多組分鈦合金，可以用于提高其導(dǎo)熱率并降低其電阻率。


圖1為制作含有硼化鈦(TiB)的鈦合金物品的預(yù)合金粉末的冶金工藝流程圖；圖加示出Ti-6A1-4V_1B的霧化預(yù)合金粉末顆粒的剖面顯微結(jié)構(gòu)；圖2b為Ti-6A1-4V_1B通過熱等靜壓形成粉末固結(jié)后的顯微結(jié)構(gòu)；圖3為在Ti-6A1-4V_1B的鍛打物品不同位置的顯微結(jié)構(gòu)；圖如為由Ti-6A1-4V_1B的預(yù)合金粉末制成的擠壓物品的顯微結(jié)構(gòu)，顯示了硼化鈦(TiB)析出物(深色部分)沿擠壓軸線的排列；圖4b為圖如的橫向顯微照片，示出了硼化鈦(TiB)析出物的六邊形剖面；圖5為Ti-6A1-4V_1B (標(biāo)有nano Τ 64)的鍛打物品的導(dǎo)熱率和擠壓物品的導(dǎo)熱率與Ti-6A1-4V物品的導(dǎo)熱率的對比曲線圖 6 為 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-lB 的鍛打物品的導(dǎo)熱率與以 Ti-6Al-2Sn-4Zr_2Mo 為基準(zhǔn)物品的導(dǎo)熱率的對比曲線圖；圖7為Ti-6A1-4V-1B(標(biāo)有nano Τ 64)的鍛打物品的電阻率與Ti_6Al_4V物品的電阻率的對比曲線圖；和圖 8 為 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-lB 的鍛打物品的電阻率與以 Ti-6Al-2Sn-4Zr_2Mo 為基準(zhǔn)物品的電阻率的對比曲線圖。
具體實施例方式針對像Ti-6Al-4V(Ti-64)和 Ti-6Al-2Sn-4Zr_2Mo (Ti-6242)這樣的多組分鈦合金，提高其導(dǎo)熱率并降低其電阻率的方法描述如下。這些方法包含兩個要點1)將硼化鈦(TiB)析出物摻入鈦合金中；和2)通過金屬熱加工將硼化鈦(TiB)析出物在所需方向上排列。可以通過幾種不同的方法實現(xiàn)將硼引入鈦合金成分進(jìn)而產(chǎn)生硼化鈦(TiB)析出物，所述方法如鑄造、鑄鍛加工或像氣體霧化方法與混合元素方法那樣的粉末冶金技術(shù)。硼可以被加入到處于液態(tài)的鈦合金，從而使硼完全熔化在液態(tài)的鈦合金中。硼可以粉末冶金的方式通過固體粉末的混合被加入鈦合金。不拘于將硼加入鈦合金的方式，硼可以以硼元素、二硼化鈦(TiB》或任何包含硼的合適的中間合金的方式被加入。加入硼的量的重量百分比范圍為從0.01%到18.4%。根據(jù)鈦合金的成分，加入硼的量的重量百分比范圍更優(yōu)選為從0.01%到2%。像鍛打、滾壓和擠壓等金屬熱加工的操作能用于實現(xiàn)在沿金屬流方向上對硼化鈦 (TiB)析出物的排列。可以依照如圖1所示的氣體霧化粉末冶金的工藝流程圖實行本方法。所述硼被加入熔融的鈦合金中，含有所述硼的合金熔液通過惰性氣體霧化從而獲得鈦合金粉末。每個粉末顆粒均包含分布均勻且排列無序的針狀硼化鈦(TiB)析出物。圖加示出Ti-6A1-4V-1B 的粉末顆粒的剖面顯微結(jié)構(gòu)示例，此例中包含6%體積含量(6vol. % )的硼化鈦(TiB)(深色部分)。使用像熱等靜壓(HIP)等常規(guī)技術(shù)固結(jié)鈦合金粉末得到完全致密的粉末壓塊。 在如此壓縮的情況下，硼化鈦(TiB)析出物仍在鈦合金結(jié)構(gòu)中為分布均勻的無序排列。圖 2b示出Ti-6A1-4V-1B在熱等靜壓(HIP)后粉末的顯微結(jié)構(gòu)的示例。接下來就是對粉末壓塊的金屬加工操作，例如鍛打、滾壓或擠壓。生產(chǎn)中用于制造鈦合金物品的普通熱加工參數(shù)可適用于形成硼化鈦(TiB)析出物在金屬流方向上所需的排列。如圖示例的熱加工參數(shù)如下圖3示出在Ti-6A1-4V_1B物品不同位置的顯微圖，所述Ti-6A1_4V_1B物品為在 1750-2200 0F的溫度下以40英寸/分鐘(inch. /min.)的撞擊速度將直徑為3. 5”，高16”的粉末壓塊鍛打為直徑為8”，高3”的圓盤。鍛打后的硼化鈦(TiB)針狀析出物(深色部分) 沿徑向的排列在圖3中清晰可見。圖4示出的另一個例子是Ti-6A1-4V-1B物品的顯微結(jié)構(gòu)，其是在2000 °F的溫度下以100英寸/分鐘(inch. /min.)的撞擊速度將直徑為3”的粉末壓塊經(jīng)過擠壓加工形成直徑為0. 75”的長條，所述顯微結(jié)構(gòu)顯示出了硼化鈦(TiB)析出物(深色部分)沿擠壓軸方向的排列。對幾種摻有硼化鈦(TiB)的鈦合金物品(表1給出了化學(xué)成分)的熱性能和電性能進(jìn)行評估。作為對比，對沒有硼化鈦(TiB)析出物的鈦合金做了相同的測試。導(dǎo)熱率測試是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測試方法ASTM E1461進(jìn)行的測試，而電阻率是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法ASTM B84測定的。表1 所測試鈦合金物品的化學(xué)成分(以重量百分比計)。
權(quán)利要求
1.一種提高鈦合金導(dǎo)熱率并降低其電阻率的方法，包括 將硼引入鈦合金析出硼化鈦(TiB)析出物；通過金屬熱加工使硼化鈦(TiB)析出物沿金屬流的方向排列。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述硼化鈦(TiB)析出物通過鑄造、鑄鍛加工或粉末冶金技術(shù)產(chǎn)生。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述金屬熱加工為鍛打、滾壓或擠壓。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述鈦合金為如Ti-6A1-4V或 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo 的多組分材料。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述硼在所述鈦合金中的重量百分比約為 0. 01% -18. 4%。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述硼被加入熔融的鈦合金，該加入硼后的合金熔液通過惰性氣體霧化從而產(chǎn)生包含分布均勻且排列無序的針狀硼化鈦(TiB)析出物的鈦合金粉末。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述鈦合金粉末通過熱等靜壓被固結(jié)。
8.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述金屬熱加工是在約1750-2000T的溫度下以約40英寸/分鐘的撞擊速度對粉末壓塊的鍛打。
9.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述金屬熱加工是在約2000下的溫度下以約100英寸/分鐘的撞擊速度對粉末壓塊的擠壓加工。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述鈦合金的延展性或疲勞性能沒有降低。
全文摘要
本發(fā)明涉及多組分鈦合金熱性能和電性能的改性方法，其提供了一種提高鈦合金導(dǎo)熱率并降低其電阻率的方法，包括將硼引入鈦合金析出硼化鈦(TiB)析出物；通過金屬熱加工使硼化鈦(TiB)析出物沿金屬流的方向排列。
文檔編號C22C14/00GK102465217SQ20111022969
公開日2012年5月23日 申請日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者塞莎查爾尤盧·塔米瑞薩坎達(dá)拉 申請人:Fmw合成物系統(tǒng)公司