一种含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103436734 A (43)申请公布日 2013.12.11 CN 103436734 A *CN103436734A* (21)申请号 201310433325.4 (22)申请日 2013.09.22 C22C 14/00(2006.01) C22C 1/02(2006.01) (71)申请人 西北有色金属研究院 地址 710016 陕西省西安市未央路 96 号 申请人 沈阳铸造研究所 (72)发明人 戚运莲 曾立英 侯智敏 赵彬 洪权 毛小南 赵军 刘时兵 谢华生 (74)专利代理机构 西安创知专利事务所 61213 代理人 谭文琰 (54) 发明名称 一种。

2、含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复 合材料 (57) 摘要 本发明公开了一种含稀土元素的高强度高弹 性模量钛基复合材料， 由以下质量百分含量的成 分组成 ： Al5.5% 6.5%， V3.5% 5.5%， Y0.1% 0.2%， B0.2% 2.0%， C0.2% 2.0%， 余量为钛和 不可避免的杂质。本发明通过向钛合金中添加 B 元素和C元素， 生成了均匀分布的TiB和TiC增强 相， 提高了钛基复合材料的强度， 通过添加 Y 元素 细化晶粒、 提高复合材料塑性， 得到的钛基复合材 料 Rm 为 1200MPa 1310MPa， RP0.2 为 1100MPa 1200MPa， A 为 。

3、5% 10%， Z 为 10% 15%， E 为 125GPa 155GPa。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 8 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书8页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103436734 A CN 103436734 A *CN103436734A* 1/1 页 2 1. 一种含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料， 其特征在于， 由以下质量百分 含量的成分组成 ： Al5.5% 6.5%， V3.5% 5.5%， Y0.1% 0.2%， B0.2% 2.0%， C0.2% 2.0%。

4、， 余量为钛和不可避免的杂质 ； 所述含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料的 抗拉强度 Rm 为 1200MPa 1310MPa， 弹性模量 E 为 125GPa 155GPa。 2. 根据权利要求 1 所述的一种含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料， 其特征 在于， 由以下质量百分含量的成分组成 ： Al6.0%， V4.0%， Y0.15%， B0.5%， C0.5%， 余量为钛和 不可避免的杂质。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的一种含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料， 其 特征在于， 所述含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料中 O 的质量百分含量不大于 0.18。

5、%， N 的质量百分含量不大于 0.026%， H 的质量百分含量不大于 0.005%。 4. 根据权利要求 1 或 2 所述的一种含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料， 其 特征在于， 所述含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料的显微组织由 相、 晶界 相、 第二相 TiB 相和第二相 TiC 相组成， 其中 相为片层状或球状， TiB 相为短棒状， TiC 相 为具有浮凸感的不规则球状颗粒。 权 利 要 求 书 CN 103436734 A 2 1/8 页 3 一种含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料 技术领域 0001 本发明属于钛基复合材料技术领域， 具体涉及一种含稀土元素的。

6、高强度高弹性模 量钛基复合材料。 背景技术 0002 钛合金具有密度小、 比强度高、 抗腐蚀性能强， 以及良好的高温和低温力学性能， 是一种优良的结构材料， 已广泛应用于航空、 航天、 军事、 民用等各个领域。随着航空、 航天 和尖端武器的发展， 钛合金铸件得到越来越多的应用。尤其是近年来钛精密铸造技术的发 展， 使得批量铸造生产一些结构复杂的装备零件成为可能。采用这一近净成型技术可以提 高材料利用率， 缩短生产周期， 使装备零件的制造成本大大降低。 目前我国航空航天工业的 钛铸件 80% 以上采用 Ti-6A1-4V（TC4） 合金。 0003 相对于其它高强工程材料， 钛合金的弹性模量低约。

7、为钢的 1/2， 一般在 110GPa 125GPa之间。 使得按照刚度设计的结构件比按强度设计的零件要显得厚大笨重一些。 而对 于细长和薄壁零件， 由于钛合金刚性差， 在使用过程中容易变形， 因此如何提高钛合金的综 合性能是研究者一直关心的问题。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足， 提供一种含稀土元素 的高强度高弹性模量钛基复合材料， 通过向钛合金中添加 B 元素和 C 元素， 生成了均匀分 布的 TiB 和 TiC 增强相， 提高了钛基复合材料的强度， 通过添加 Y 元素细化晶粒、 提高复合 材料塑性， 得到的钛基复合材料具有高熔点硼元素熔炼均匀、 小。

8、质量元素硼和碳挥发小、 显 微组织细小的特点， 其 Rm 为 1200MPa 1310MPa， RP0.2 为 1100MPa 1200MPa， A 为 5% 10%， Z 为 10% 15%， E 为 125GPa 155GPa。 0005 为解决上述技术问题， 本发明采用的技术方案是 ： 一种含稀土元素的高强度高 弹性模量钛基复合材料， 其特征在于， 由以下质量百分含量的成分组成 ： Al5.5% 6.5%， V3.5% 5.5%， Y0.1% 0.2%， B0.2% 2.0%， C0.2% 2.0%， 余量为钛和不可避免的杂质 ； 所述含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料的抗拉强度 。

9、Rm 为 1200MPa 1310MPa， 弹性模量 E 为 125GPa 155GPa。 0006 上述的一种含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料， 由以下质量百分含量 的成分组成 ： Al6.0%， V4.0%， Y0.15%， B0.5%， C0.5%， 余量为钛和不可避免的杂质。 0007 上述的一种含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料， 所述含稀土元素的高 强度高弹性模量钛基复合材料中O的质量百分含量不大于0.18%， N的质量百分含量不大于 0.026%， H 的质量百分含量不大于 0.005%。 0008 上述的一种含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料， 所述含稀土元。

10、素的高 强度高弹性模量钛基复合材料的显微组织由 相、 晶界 相、 第二相 TiB 相和第二相 TiC 相组成， 其中 相为片层状或球状， TiB 相为短棒状， TiC 相为具有浮凸感的不规则球状颗 说 明 书 CN 103436734 A 3 2/8 页 4 粒。 0009 本发明的含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料的制备方法为 ： 0010 步骤一、 将海绵钛和硼混合压制成电极块， 然后将所述电极块置于真空电弧炉中 熔炼 2 次得到 TiB 合金铸锭， 接着将所述 TiB 合金铸锭车屑成屑状或破碎成颗粒状， 得到 TiB 中间合金 ； 所述 TiB 中间合金中 B 的质量百分含量为 5。

11、% 8% ； 所述熔炼过程中第 1 次 熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为1200A1400A， 电压为25V30V， 真空度为5.010-2Pa 6.510-2Pa ； 第 2 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 2000A 2400A， 电压为 25V 30V， 真 空度为 5.010-3Pa 6.510-3Pa ； 0011 步骤二、 将海绵钛和碳混合压制成电极块， 然后将所述电极块置于真空电弧炉中 熔炼 2 次得到 TiC 合金铸锭， 接着将所述 TiC 合金铸锭车屑成屑状或破碎成颗粒状， 得到 TiC 中间合金 ； 所述 TiC 中间合金中 C 的质量百分含量为 5% 8% ； 所述熔。

12、炼过程中第 1 次 熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为1200A1400A， 电压为25V30V， 真空度为5.010-2Pa 6.510-2Pa ； 第 2 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 2000A 2400A， 电压为 25V 30V， 真 空度为 5.010-3Pa 6.510-3Pa ； 0012 步骤三、 将海绵钛、 铝豆、 钇、 AlV 合金、 步骤一中所述 TiB 中间合金和步骤二中所 述 TiC 中间合金混合压制成电极块 ； 然后将所述电极块置于感应熔炼炉中， 在氩气保护下 预熔炼 2 4 次， 得到合金锭 ； 接着将所述合金锭置于真空电弧熔炼炉中， 在电磁搅拌下反 复熔炼。

13、 4 6 次 ； 所述预熔炼的工艺参数为 ： 功率为 45KW 55KW， 电压为 220V 250V， 真 空度为 6.6710-3 6.6710-2Pa， 每次预熔炼时间均为 2min 3min ； 所述熔炼的工艺参 数为 ： 熔炼电流为 290A 310A， 电压为 24V 26V， 真空度为 1.010-3 1.510-3Pa ； 所 述反复熔炼过程中每熔炼完一次将熔炼后的合金锭翻转一次 ； 0013 步骤四、 采用紫铜模具将步骤三中反复熔炼后的合金锭浇铸成铸棒 ； 0014 步骤五、 对步骤四中所述铸棒进行热等静压处理， 得到含稀土元素的高强度高弹 性模量钛基复合材料 ； 所述热等静。

14、压处理的工艺参数为 ： 加热温度 900 950， 氩气压 力 100MPa 130MPa， 氩气体积纯度不小于 99.99%， 保温时间 1h 4h。 0015 合金的弹性模量主要与合金成分和相组成有关。对于一种合金材料， 只有经合金 化后能形成显著性能差异的第二相时， 弹性模量才会有较明显的变化。本发明的研究结果 显示， 向钛合金中添加适当含量的硼、 碳和稀土元素钇， 硼和碳主要以 TiB 相和 TiC 相的形 式存在， 而TiB相的弹性模量高达350550GPa， 因此其存在于钛合金中能显著提高钛合金 的弹性模量 ； 具有粗大柱状晶粒的铸造组织很难通过热处理细化， 稀土元素钇具有良好的 。

15、细化晶粒， 净化晶界的作用， 合金晶粒得以细化， 强度和刚度及塑性三者都可以提高。 0016 本发明与现有技术相比具有以下优点 ： 0017 1、 本发明通过向钛合金中添加B元素和C元素， 生成了均匀分布的TiB和TiC增强 相， 提高了钛基复合材料的强度， 通过添加 Y 元素细化晶粒、 提高复合材料塑性 ； 得到的钛 基复合材料具有高熔点硼元素熔炼均匀、 小质量元素硼和碳挥发小、 显微组织细小的特点。 0018 2、 本发明的钛基复合材料， 其 Rm 为 1200MPa 1310MPa， RP0.2 为 1100MPa 1200MPa， A 为 5% 10%， Z 为 10% 15%， E 。

16、为 125GPa 155GPa。 0019 3、 本发明的钛基复合材料， 显微组织由 相 （片层状或球状） 、 晶界 相、 短棒状 第二相 TiB 相、 不规则的球状颗粒且具有浮凸感的第二相 TiC 相组成。 说 明 书 CN 103436734 A 4 3/8 页 5 0020 4、 本发明的含稀土元素的钛基复合材料可以制成铸件、 棒材、 板材等加工产品。 0021 下面结合附图和实施例， 对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 附图说明 0022 图 1 为本发明实施例 1 的钛基复合材料的显微组织图。 0023 图 2 为 Ti-6Al-4V 的显微组织图。 0024 图 3 为 Ti-。

17、6Al-4V-0.5B 的显微组织图。 0025 图 4 为 Ti-6Al-4V-0.5B-0.5C 的显微组织图。 0026 图 5 为本发明实施例 1 的钛基复合材料的 SEM 照片。 具体实施方式 0027 实施例 1 0028 本实施例的含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料， 由以下质量百分含量 的成分组成 ： Al6.0%， V4.0%， Y0.15%， B0.5%， C0.5%， 余量为钛和不可避免的杂质。 0029 本实施例的钛基复合材料的制备方法为 ： 0030 步骤一、 将海绵钛和硼混合压制成电极块， 然后将所述电极块置于真空电弧炉 中熔炼 2 次得到 Ti-5B 合金铸。

18、锭， 接着将所述 Ti-5B 合金铸锭车屑成屑状或破碎成颗粒 状， 得到 Ti-5B 中间合金 ； 第 1 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 1200A， 电压为 25V， 真 空度为 6.510-2Pa ； 第 2 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 2000A， 电压为 25V， 真空度为 6.510-3Pa ； 0031 步骤二、 将海绵钛和碳混合压制成电极块， 然后将所述电极块置于真空电弧炉 中熔炼 2 次得到 Ti-5C 合金铸锭， 接着将所述 Ti-5C 合金铸锭车屑成屑状或破碎成颗粒 状， 得到 Ti-5C 中间合金 ； 第 1 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 1200A，。

19、 电压为 25V， 真 空度为 6.510-2Pa ； 第 2 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 2000A， 电压为 25V， 真空度为 6.510-3Pa ； 0032 步骤三、 将海绵钛、 铝豆、 钇、 AlV 合金、 步骤一中所述 Ti-5B 中间合金和步骤二中 所述 Ti-5C 中间合金按照按名义成分 Ti-6Al-4V-0.5B-0.5C-0.15Y 进行配料， 混合压制成 电极块 ； 然后将所述电极块置于感应熔炼炉中， 在氩气保护下预熔炼 2 次， 得到合金锭 ； 接 着将所述合金锭置于真空电弧熔炼炉中， 采用电磁搅拌熔炼反复熔炼 4 次， 反复熔炼过程 中每熔炼完一次将熔炼后。

20、的合金锭翻转一次 ； 所述预熔炼的工艺参数为 ： 功率为 50KW， 电 压为250V， 真空度为110-2， 每次预熔炼时间均为3min ； 所述熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流 为 300A， 电压为 25V， 真空度为 1.210-3； 0033 步骤四、 采用紫铜模具将步骤三中反复熔炼后的合金锭浇铸成铸棒 ； 0034 步骤五、 对步骤四中所述铸棒进行热等静压处理， 得到高弹性模量钛基复合材 料 ； 所述热等静压处理的工艺参数为 ： 加热温度 920， 氩气压力 110MPa， 氩气体积纯度为 99.995%， 保温时间 2h。 0035 从本实施例的钛基复合材料上线切割 8mm10mm。

21、m 试样， 进行相组成和显 微组织分析， 显微组织分析结果见图 1。采用本实施例的方法分别制备 Ti-6Al-4V、 Ti-6Al-4V-0.5B和Ti-6Al-4V-0.5B-0.5C钛基复合材料， 其显微组织分析结果分别见图2、 说 明 书 CN 103436734 A 5 4/8 页 6 图 3 和图 4， 对比图 1、 图 2、 图 3 和图 4 可以看出， 在 Ti-6Al-4V 的基础上添加 0.5%B， 0.5%C 和 0.15% 钇， 组成 ZTC4/B/C/Y 钛基复合材料， 其显微组织晶粒明显细化。图 5 为本实施例 的钛基复合材料的 SEM 照片， 从图中可以看出， 钛基。

22、复合材料中第二相 TiB 以短棒状析出， 第二相 TiC 呈不规则的球状颗粒， 且浮在基体上具有较强的浮凸感。 0036 实施例 2 0037 本实施例的含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料， 由以下质量百分含量 的成分组成 ： Al6.0%， V4.0%， Y0.1%， B0.5%， C0.5%， 余量为钛和不可避免的杂质。 0038 本实施例的钛基复合材料的制备方法与实施例 1 相同。 0039 本实施例的钛基复合材料的显微组织晶粒明显细化， 其显微组织由 相 （片层状 或球状） 、 晶界 相、 短棒状第二相 TiB 相、 不规则的球状颗粒且具有浮凸感的第二相 TiC 相组成。 004。

23、0 实施例 3 0041 本实施例的含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料， 由以下质量百分含量 的成分组成 ： Al6.0%， V4.0%， Y0.18%， B0.5%， C0.5%， 余量为钛和不可避免的杂质。 0042 本实施例的钛基复合材料的制备方法与实施例 1 相同。 0043 本实施例的钛基复合材料的显微组织晶粒明显细化， 其显微组织由 相 （片层状 或球状） 、 晶界 相、 短棒状第二相 TiB 相、 不规则的球状颗粒且具有浮凸感的第二相 TiC 相组成。 0044 实施例 4 0045 本实施例的含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料， 由以下质量百分含量 的成分组成 ： 。

24、Al5.5%， V3.5%， Y0.1%， B0.2%， C0.2%， 余量为钛和不可避免的杂质。 0046 本实施例的钛基复合材料的制备方法为 ： 0047 步骤一、 将海绵钛和硼混合压制成电极块， 然后将所述电极块置于真空电弧炉 中熔炼 2 次得到 Ti-8B 合金铸锭， 接着将所述 Ti-8B 合金铸锭车屑成屑状或破碎成颗粒 状， 得到 Ti-8B 中间合金 ； 第 1 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 1400A， 电压为 30V， 真 空度为 5.010-2Pa ； 第 2 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 2400A， 电压为 30V， 真空度为 5.010-3Pa ； 004。

25、8 步骤二、 将海绵钛和碳混合压制成电极块， 然后将所述电极块置于真空电弧炉 中熔炼 2 次得到 Ti-8C 合金铸锭， 接着将所述 Ti-8C 合金铸锭车屑成屑状或破碎成颗粒 状， 得到 Ti-8C 中间合金 ； 第 1 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 1400A， 电压为 30V， 真 空度为 5.010-2Pa ； 第 2 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 2400A， 电压为 30V， 真空度为 5.010-3Pa ； 0049 步骤三、 将海绵钛、 铝豆、 钇、 AlV 合金、 步骤一中所述 Ti-8B 中间合金和步骤二中 所述Ti-8C中间合金按照按名义成分Ti-5.5Al-。

26、3.5V-0.2B-0.2C-0.1Y进行配料， 混合压制 成电极块 ； 然后将所述电极块置于感应熔炼炉中， 在氩气保护下预熔炼 3 次， 得到合金锭 ； 接着将所述合金锭置于真空电弧熔炼炉中， 采用电磁搅拌熔炼反复熔炼 5 次， 反复熔炼过 程中每熔炼完一次将熔炼后的合金锭翻转一次 ； 所述预熔炼的工艺参数为 ： 功率为 55KW， 电压为 220V， 真空度为 6.6710-2， 每次预熔炼时间均为 2min ； 所述熔炼的工艺参数为 ： 熔 炼电流为 290A， 电压为 24V， 真空度为 1.010-3； 说 明 书 CN 103436734 A 6 5/8 页 7 0050 步骤四、。

27、 采用紫铜模具将步骤三中反复熔炼后的合金锭浇铸成铸棒 ； 0051 步骤五、 对步骤四中所述铸棒进行热等静压处理， 得到高弹性模量钛基复合材 料 ； 所述热等静压处理的工艺参数为 ： 加热温度 950， 氩气压力 100MPa， 氩气体积纯度为 99.99%， 保温时间 1h。 0052 本实施例的钛基复合材料的显微组织晶粒明显细化， 其显微组织由 相 （片层状 或球状） 、 晶界 相、 短棒状第二相 TiB 相、 不规则的球状颗粒且具有浮凸感的第二相 TiC 相组成。 0053 实施例 5 0054 本实施例的含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料， 由以下质量百分含量 的成分组成 ： A。

28、l5.5%， V4.5%， Y0.2%， B2%， C2%， 余量为钛和不可避免的杂质。 0055 本实施例的钛基复合材料的制备方法为 ： 0056 步骤一、 将海绵钛和硼混合压制成电极块， 然后将所述电极块置于真空电弧炉 中熔炼 2 次得到 Ti-6B 合金铸锭， 接着将所述 Ti-6B 合金铸锭车屑成屑状或破碎成颗粒 状， 得到 Ti-6B 中间合金 ； 第 1 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 1300A， 电压为 28V， 真 空度为 6.010-2Pa ； 第 2 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 2200A， 电压为 28V， 真空度为 6.010-3Pa ； 0057 步骤二。

29、、 将海绵钛和碳混合压制成电极块， 然后将所述电极块置于真空电弧炉 中熔炼 2 次得到 Ti-6C 合金铸锭， 接着将所述 Ti-6C 合金铸锭车屑成屑状或破碎成颗粒 状， 得到 Ti-6C 中间合金 ； 第 1 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 1300A， 电压为 28V， 真 空度为 6.010-2Pa ； 第 2 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 2200A， 电压为 28V， 真空度为 6.010-3Pa ； 0058 步骤三、 将海绵钛、 铝豆、 钇、 AlV 合金、 步骤一中所述 Ti-6B 中间合金和步骤二中 所述Ti-6C中间合金按照按名义成分Ti-5.5Al-4.5V-。

30、2B-2C-0.2Y进行配料， 混合压制成电 极块 ； 然后将所述电极块置于感应熔炼炉中， 在氩气保护下预熔炼 4 次， 得到合金锭 ； 接着 将所述合金锭置于真空电弧熔炼炉中， 采用电磁搅拌熔炼反复熔炼 6 次， 反复熔炼过程中 每熔炼完一次将熔炼后的合金锭翻转一次 ； 所述预熔炼的工艺参数为 ： 功率为 45KW， 电压 为230V， 真空度为6.6710-3， 4次预熔炼时间依次为3min、 3min、 2min、 2min ； 所述熔炼的工 艺参数为 ： 熔炼电流为 290A， 电压为 26V， 真空度为 1.510-3； 0059 步骤四、 采用紫铜模具将步骤三中反复熔炼后的合金锭浇。

31、铸成铸棒 ； 0060 步骤五、 对步骤四中所述铸棒进行热等静压处理， 得到高弹性模量钛基复合材 料 ； 所述热等静压处理的工艺参数为 ： 加热温度 900， 氩气压力 120MPa， 氩气体积纯度为 99.995%， 保温时间 3h。 0061 本实施例的钛基复合材料的显微组织晶粒明显细化， 其显微组织由 相 （片层状 或球状） 、 晶界 相、 短棒状第二相 TiB 相、 不规则的球状颗粒且具有浮凸感的第二相 TiC 相组成。 0062 实施例 6 0063 本实施例的含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料， 由以下质量百分含量 的成分组成 ： Al6.5%， V4.5%， Y0.1%， 。

32、B0.2%， C0.2%， 余量为钛和不可避免的杂质。 0064 本实施例的钛基复合材料的制备方法为 ： 说 明 书 CN 103436734 A 7 6/8 页 8 0065 步骤一、 将海绵钛和硼混合压制成电极块， 然后将所述电极块置于真空电弧炉 中熔炼 2 次得到 Ti-5B 合金铸锭， 接着将所述 Ti-5B 合金铸锭车屑成屑状或破碎成颗粒 状， 得到 Ti-5B 中间合金 ； 第 1 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 1200A， 电压为 25V， 真 空度为 6.510-2Pa ； 第 2 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 2000A， 电压为 25V， 真空度为 6.510-。

33、3Pa ； 0066 步骤二、 将海绵钛和碳混合压制成电极块， 然后将所述电极块置于真空电弧炉 中熔炼 2 次得到 Ti-8C 合金铸锭， 接着将所述 Ti-8C 合金铸锭车屑成屑状或破碎成颗粒 状， 得到 Ti-8C 中间合金 ； 第 1 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 1400A， 电压为 30V， 真 空度为 5.010-2Pa ； 第 2 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 2400A， 电压为 30V， 真空度为 5.010-3Pa ； 0067 步骤三、 将海绵钛、 铝豆、 钇、 AlV 合金、 步骤一中所述 Ti-5B 中间合金和步骤二中 所述Ti-8C中间合金按照按名义成分。

34、Ti-6.5Al-4.5V-0.2B-0.2C-0.1Y进行配料， 混合压制 成电极块 ； 然后将所述电极块置于感应熔炼炉中， 在氩气保护下预熔炼 3 次， 得到合金锭 ； 接着将所述合金锭置于真空电弧熔炼炉中， 采用电磁搅拌熔炼反复熔炼 5 次， 反复熔炼过 程中每熔炼完一次将熔炼后的合金锭翻转一次 ； 所述预熔炼的工艺参数为 ： 功率为 50KW， 电压为250V， 真空度为110-2， 每次预熔炼时间均为3min ； 所述熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电 流为 300A， 电压为 25V， 真空度为 1.210-3； 0068 步骤四、 采用紫铜模具将步骤三中反复熔炼后的合金锭浇铸成铸棒 ；。

35、 0069 步骤五、 对步骤四中所述铸棒进行热等静压处理， 得到高弹性模量钛基复合材 料 ； 所述热等静压处理的工艺参数为 ： 加热温度 900， 氩气压力 130MPa， 氩气体积纯度为 99.99%， 保温时间 4h。 0070 本实施例的钛基复合材料的显微组织晶粒明显细化， 其显微组织由 相 （片层状 或球状） 、 晶界 相、 短棒状第二相 TiB 相、 不规则的球状颗粒且具有浮凸感的第二相 TiC 相组成。 0071 实施例 7 0072 本实施例的含稀土元素的高强度高弹性模量钛基复合材料， 由以下质量百分含量 的成分组成 ： Al6.5%， V5.5%， Y0.2%， B1.0%， 。

36、C1.0%， 余量为钛和不可避免的杂质。 0073 本实施例的钛基复合材料的制备方法为 ： 0074 步骤一、 将海绵钛和硼混合压制成电极块， 然后将所述电极块置于真空电弧炉 中熔炼 2 次得到 Ti-5B 合金铸锭， 接着将所述 Ti-5B 合金铸锭车屑成屑状或破碎成颗粒 状， 得到 Ti-5B 中间合金 ； 第 1 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 1300A， 电压为 26V， 真 空度为 5.010-2Pa ； 第 2 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 2000A， 电压为 25V， 真空度为 6.510-3Pa ； 0075 步骤二、 将海绵钛和碳混合压制成电极块， 然后将所述电。

37、极块置于真空电弧炉 中熔炼 2 次得到 Ti-5C 合金铸锭， 接着将所述 Ti-5C 合金铸锭车屑成屑状或破碎成颗粒 状， 得到 Ti-5C 中间合金 ； 第 1 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 1200A， 电压为 25V， 真 空度为 6.510-2Pa ； 第 2 次熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 2200A， 电压为 26V， 真空度为 6.010-3Pa ； 0076 步骤三、 将海绵钛、 铝豆、 钇、 AlV 合金、 步骤一中所述 Ti-5B 中间合金和步骤二中 说 明 书 CN 103436734 A 8 7/8 页 9 所述Ti-5C中间合金按照按名义成分Ti-6.5A。

38、l-5.5V-1.0B-1.0C-0.2Y进行配料， 混合压制 成电极块 ； 然后将所述电极块置于感应熔炼炉中， 在氩气保护下预熔炼 2 次， 得到合金锭 ； 接着将所述合金锭置于真空电弧熔炼炉中， 采用电磁搅拌熔炼反复熔炼 6 次， 反复熔炼过 程中每熔炼完一次将熔炼后的合金锭翻转一次 ； 所述预熔炼的工艺参数为 ： 功率为 45KW， 电压为 250V， 真空度为 1.510-2， 6 次预熔炼时间依次为 2min、 2min、 3min、 3min、 3min、 2min ； 所述熔炼的工艺参数为 ： 熔炼电流为 310A， 电压为 25V， 真空度为 1.210-3； 0077 步骤四。

39、、 采用紫铜模具将步骤三中反复熔炼后的合金锭浇铸成铸棒 ； 0078 步骤五、 对步骤四中所述铸棒进行热等静压处理， 得到高弹性模量钛基复合材 料 ； 所述热等静压处理的工艺参数为 ： 加热温度 940， 氩气压力 110MPa， 氩气体积纯度为 99.995%， 保温时间 2h。 0079 本实施例的钛基复合材料的显微组织晶粒明显细化， 其显微组织由 相 （片层状 或球状） 、 晶界 相、 短棒状第二相 TiB 相、 不规则的球状颗粒且具有浮凸感的第二相 TiC 相组成。 0080 对实施例 1 至实施例 7 的钛基复合材料进行检测， 结果见表 1 ： 0081 表 1 实施例 1 至实施例。

40、 7 的钛基复合材料的 O、 N、 H 含量 0082 实施例O（wt%）N（wt%）H（wt%） 10.140.0260.005 20.130.0080.005 30.120.010.004 40.180.0140.002 50.150.0130.004 60.160.0090.003 70.120.010.005 0083 在 实 施 例 1 至 实 施 例 7 的 钛 基 复 合 材 料 以 及 Ti-6Al-4V-0.5B 和 Ti-6Al-4V-0.5B-0.5C 钛基复合材料上分别线切割 8mm40mmm 试样， 进行力学性能及弹 性模量测试， 其检测结果见表 2。 0084 表 。

41、2 实施例 1 至实施例 7 的钛基复合材料的性能测试结果 0085 钛基复合材料Rm(Mpa)RP0.2(Mpa)A(%)Z(%)E（GPa） Ti-6Al-4V-0.5B10509459.521131 Ti-6Al-4V-0.5B-0.5C114010208.018134 说 明 书 CN 103436734 A 9 8/8 页 10 实施例 11240112910.015155 实施例 2123011288.011140 实施例 3122511259.013137 实施例 4120011007.013125 实施例 5131012005.010145 实施例 6121011206.511。

42、128 实施例 7130011256.012145 0086 从上表中可以明显看出， 在 Ti-6Al-4V 基础上添加 0.5%B， 合金弹性模量 E 为 145GPa， 添加 0.5%B 和 0.5%C 时， 强度增大到 1307MPa， 但塑性明显降低。当添加 0.5%B、 0.5%C 和 0.15%Y 时， 组成的 ZTC4/B/C/Y 钛基复合材料具有较好的强塑性匹配， 其 Rm 为 1240MPa， RP0.2 为 1129MPa， A 为 10%， Z 为 15%， E 为 155GPa。 0087 以上所述， 仅是本发明的较佳实施例， 并非对本发明做任何限制， 凡是根据发明技 术实质对以上实施例所作的任何简单修改、 变更以及等效结构变化， 均仍属于本发明技术 方案的保护范围内。 说 明 书 CN 103436734 A 10 1/3 页 11 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103436734 A 11 2/3 页 12 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103436734 A 12 3/3 页 13 图 5 说 明 书 附 图 CN 103436734 A 13 。