获得过包晶铸造TiAl合金近片层组织的热处理方法技术

技术编号:20887441 阅读:20 留言:0更新日期:2019-04-17 13:45
一种获得过包晶铸造TiAl合金近片层组织的热处理方法,通过热等静压处理、组织调控热处理和稳定化热处理,得到过包晶铸造TiAl合金近片层组织。本发明专利技术通过对热处理过程中保温温度、保温时间、加热及冷却速度的控制,实现了对具有过包晶凝固特征的铸造TiAl合金组织的控制,并获得特定的近片层组织,克服了现有技术中存在的片层结构溶解退化失去了原有的各向异性、避免了淬火导致的应力及裂纹产生所造成的不良影响和生产周期长的不足。

【技术实现步骤摘要】
获得过包晶铸造TiAl合金近片层组织的热处理方法
本专利技术涉及金属热处理
,具体是一种通过热等静压处理与多步保温冷却处理获得具有过包晶凝固特征的铸造TiAl合金近片层组织的热处理方法。
技术介绍
TiAl合金以其高比强度、高抗氧化能力等优异性能备受重视,在高温结构材料领域具有良好的应用前景。TiAl合金是位于高温钛合金服役温度上限与高温合金服役温度下限能够起到减重作用的唯一候选的结构材料。Y-W.Kim于1992年在《ActaMetallurgicaetMaterialia》期刊第40卷发表的文献《MicrostructuralEvolutionandMechanicalPropertiesofAForgedGammaTitaniumlAuminideAlloy》报道了TiAl合金中四种典型的,形貌完全不同的显微组织,分别是:近γ组织、双态组织、近片层组织与全片层组织。国防工业出版社于2001年出版的《金属间化合物结构材料》一书中对这四种典型的显微组织进行了如下描述:全片层组织完全由粗大片层团构成,近片层组织由较大片层团与少量分布于片层团间的细小等轴γ晶粒构成,双态组织由体积分数大致相等的较小的片层团与较小的等轴γ晶粒构成,近γ组织近乎完全由等轴γ晶粒构成,四者的区别主要在于γ晶粒的体积分数不同。在上述Y-W.Kim的工作中,这四种组织分别是在对TiAl合金进行1400℃、1335℃、1290℃和1210℃热处理后得到的,热处理温度数十摄氏度的差距会从根本上改变TiAl合金的显微组织。《LamellarTransformationinNear-γTiAlAlloys-QuantitativeAnalysisofKineticsandMicrostructure》(M.Charpentier等《MaterialsScienceandEngineering:A》期刊2018年第491卷)报道了TiAl合金片层结构与热处理保温之后的冷却速度的关系,指出随冷却速率的上升,片层结构平均片层间距变细。由此可见,TiAl合金热处理后显微组织的形貌与尺寸十分敏感于热处理温度及保温之后的冷却速率。众所周知,合金的机械性能与其显微组织密切相关。H.Clemens等在《AdvancedEngineeringMaterials》期刊2013第15卷发表的文献《Design,Processing,Microstructure,Properties,andApplicationsofAdvancedIntermetallicTiAlAlloys》以及Y-W.Kim在《Intermetallcs》期刊1998年第6卷发表的《StrengthandDuctilityinTiAlAlloys》与1995年在《MaterialsScienceandEngineering:A》第192-193卷发表的《EffectsofMicrostructureonTheDeformationandFractureofγ-TiAlAlloys》两篇文献指出,对于TiAl合金,近γ组织不具备工程应用价值,双态组织具有最好的室温塑性,但断裂韧性与蠕变强度较差,全片层组织的断裂韧性与蠕变强度良好,但室温塑性最差,而近片层组织表现为最具有为良好均衡的室温与高温力学性能。片层团的尺寸对TiAl合金力学性能的影响如下:尺寸较小的片层团有助于提高TiAl合金的塑形及其加工性能,而尺寸较大的片层团有助于提高TiAl合金的高温蠕变强度,具有200μm左右的中等尺寸的片层团的组织具有较为良好的综合力学性能。片层结构平均片层间距对TiAl合金力学性能的影响如下:片层结构平均片层间距越细,TiAl合金的强度和蠕变性能越好。因此,通过对TiAl合金进行热处理的方法获得具有特定形貌和尺寸的显微组织的TiAl合金可以使相应的机械性能得到改善。目前,唯一获得商业应用的铸造TiAl合金是在公开号为US4879092中公开的“TitaniumAluminumAlloysModifiedbyChromiumandNiobiumandMethodofPreparation”专利技术创造中要求的Ti-4822合金,其原子百分比成分为Ti-48Al-2Cr-2Nb,应用于GEnx航空发动机低压涡轮叶片,其显微组织为典型的铸造双态组织,是经过经美国专利局公布的公开号为US5634992A公开的名称为“MethodforHeatTreatingGammaTitaniumAluminideAlloys”及公开号为US6231699B1公开的名称为“HeatTreatmentofGammaTitaniumAluminideAlloys”的两个专利技术创造中要求的热处理方法处理之后获得的。Y-W.Kim等人于2018年在《TheJournalofTheMinerals,Metals&MaterialsSociety》期刊第70卷发表的文献《AdvancesinGammalloyMaterials–Processes–ApplicationTechnology:Successes,Dilemmas,andFuture》报道了这种铸造双态组织,如图1所示。可以发现,经过上述专利报道的具体过程为1095℃、5h保温+1185℃、4h热等静压+1205℃、2h保温并控制冷却的三步热处理之后,铸造Ti-4822合金组织中通过片层团的溶解退化产生了大量的γ晶粒,其片层结构失去了原有的各向异性。这种热处理得到了铸造双态组织,使铸造Ti-4822合金具有较好的延伸率形和稳定性,但降低了其蠕变性能与使用温度,限制了铸造Ti-4822合金在更高温度范围的应用。热处理方法是调控铸造TiAl合金显微组织、改善其合金机械性能的重要方法。通过精确控制的热处理调控获得具有中等尺寸的片层团以及部分细小的γ相颗粒的近片层组织,可获得综合力学性能最为优良的铸造TiAl合金。针对铸造TiAl合金,其热处理调控组织方法有:中国专利局公布的公开号为CN105220096A公开的名称为“一种改善传统铸造γ-TiAl合金力学性能的多步循环热处理方法”的专利技术创造中的采用多步长时间循环热处理工艺:该方法通过热处理过程中TiAl合金α2/γ相的球化与等轴化,促进粗大的层片组织转变为细小的等轴状组织,但这种方法需要经过至少不同温度十余炉次的热处理,需要在900℃~1200℃进行至少160个小时的保温与热处理循环,生产周期长,步骤繁琐,大幅度增加了生产成本与生产时间;中国专利局公布的公开号为CN109704530A公开的名称为“一种细化TiAl合金全片层团尺寸的热处理方法”的专利技术创造中的两步热处理工艺:该方法通过对TiAl合金进行1400℃附近的淬火和1250℃附近的回火热处理,获得了细小的全片层组织,但这种方法受合金淬透性影响较大,且极易在合金内部产生淬火应力与开裂等现象,无法应用于尺寸较大的铸件或复杂铸件。T.Novoselova于2003年在《Intermetallics》期刊第11卷发表的文献《ExperimentalStudyofTheEffectsofHeatTreatmentonMicrostructureandGrains本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种获得过包晶铸造TiAl合金近片层组织的热处理方法,其特征在于,具体步骤为:步骤1,热等静压处理;步骤2,组织调控热处理;将步骤1获得的经过热等静压处理的铸造TiAl合金放入箱式处理炉中进行组织调控热处理,具体过程为:以5℃/min~20℃/min的升温速率使箱式处理炉由室温升至温度为1380℃~1420℃后,进行第一次保温,保温时间为0min~10min;保温结束后,使所述箱式处理炉以5℃/min~50℃/min的降温速率降温至1360℃~1310℃后,进行第二次保温,保温时间为2h~8h;第二次保温结束后,以5℃/min~50℃/min的降温速率使该箱式处理炉降温至800℃;关闭箱式处理炉,使所述该铸造TiAl合金随炉冷却至室温;得到经过组织调控热处理的铸造TiAl合金;步骤3,稳定化热处理;得到具有过包晶凝固特征的铸造TiAl合金近片层组织。

【技术特征摘要】
1.一种获得过包晶铸造TiAl合金近片层组织的热处理方法,其特征在于,具体步骤为:步骤1,热等静压处理;步骤2,组织调控热处理;将步骤1获得的经过热等静压处理的铸造TiAl合金放入箱式处理炉中进行组织调控热处理,具体过程为:以5℃/min~20℃/min的升温速率使箱式处理炉由室温升至温度为1380℃~1420℃后,进行第一次保温,保温时间为0min~10min;保温结束后,使所述箱式处理炉以5℃/min~50℃/min的降温速率降温至1360℃~1310℃后,进行第二次保温,保温时间为2h~8h;第二次保温结束后,以5℃/min~50℃/min的降温速率使该箱式处理炉降温至800℃;关闭箱式处理炉,使所述该铸造TiAl合金随炉冷却至室温;得到经过组织调控热处理的铸造TiAl合金;步骤3,稳定化热处理;得到具有过包晶凝固特征的铸造TiAl合金近片层组织。2.如权利要求1所述获得过包晶铸造TiAl合金近...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨劼人高子彤胡锐吴与伦
申请(专利权)人:西北工业大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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