一种优化β‑γTiAl合金热加工性能的方法技术

一种优化β‑γTiAl合金热加工性能的方法，它涉及一种优化β‑γTiAl合金热加工性能的方法。本发明专利技术是要解决现有的TiAl合金热加工性能差的问题。方法：将Nb、V、Cr、Mn、Mo、W六种常见元素分别按一定原子百分比添加至TiAl合金中，然后放入感应熔炼炉中熔炼，获得含有不同合金元素的TiAl合金铸锭，然后通过热处理消除成分和组织偏析，考察不同合金元素对TiAl合金中高温β相含量和热加工性能的定量影响，获得了控制高温下β相含量和合金热加工性能的Mo当量公式。本发明专利技术用于对β‑γTiAl合金热加工性能进行优化。

【技术实现步骤摘要】
一种优化β-γTiAl合金热加工性能的方法
本专利技术涉及一种优化β-γTiAl合金热加工性能的方法。
技术介绍
TiAl合金具有密度低、高温强度高、抗蠕变性能好和抗氧化能力强等优点，是航空航天工业中一种极具应用潜力的新型轻质高温结构材料，是目前替代航空发动机中广泛使用的Ni基高温合金的主要备选材料。TiAl合金的研究和应用对提高航空发动机的推重比、提高能源利用效率、增强飞行器的续航能力具有重要意义。然而较差的热加工性能始终制约着TiAl合金的发展。研究表明：TiAl合金的高温变形能力与合金元素的添加和相组成密切相关。通过添加一定的合金元素(如Nb、V、Cr、Mn、Mo、W等)能在高温下引入体心立方结构的无序β相，该相可在合金高温变形过程中提供较多的滑移系，从而有效改善TiAl合金的高温变形能力。因此，通过添加不同β相稳定元素在热加工温度引入更多的无序β相能明显改善TiAl合金的高温变形能力，此类含有β相的合金被称为beta-gammaTiAl合金。但目前对不同合金元素的β相稳定能力及其对TiAl合金热加工性能的影响缺乏认识，也没有评价TiAl合金热加工性能的定量方法。这在一定程度上阻碍了变形TiAl合金成分设计的准确性和合金的工程化应用。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的TiAl合金热加工性能差的问题，而提供一种优化β-γTiAl合金热加工性能的方法。本专利技术一种优化β-γTiAl合金热加工性能的方法是按以下步骤进行：一、单元素添加合金配料：合金成分按原子百分比表示为Ti-(41～45)Al-(1～10)M，其中M依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素；以海绵钛和工业纯铝，及铌铝合金、钒铝合金、纯铬、锰铝合金、钼铝合金和纯钨中的一种为原料，按合金成分称取，根据M的不同，得到6种单元素添加合金原料；二、双元素添加合金配料：合金成分按原子百分比表示为Ti-(41～45)Al-(1～10)M1-(1～10)M2，其中M1依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素，M2依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素，且M1和M2不为同种元素；以海绵钛和工业纯铝，及铌铝合金、钒铝合金、纯铬、锰铝合金、钼铝合金和纯钨中的两种为原料，按合金成分称取，根据M1和M2的不同，得到15种双元素添加合金原料；三、三元素添加合金配料：合金成分按原子百分比表示为Ti-(41～45)Al-(1～10)M3-(1～10)M4-(1～10)M5，其中M3依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素，M4依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素，M5依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素，且M3、M4和M5不为同种元素；以海绵钛和工业纯铝，及铌铝合金、钒铝合金、纯铬、锰铝合金、钼铝合金和纯钨中的三种为原料，按合金成分称取，根据M3、M4和M5的不同，得到20种三元素合金原料；四、将6种单元素添加合金原料、15种双元素添加合金原料和20种三元素添加合金原料分别倒入真空非自耗水冷铜坩锅感应熔炼炉中进行熔炼，得到41种合金铸锭；五、将41种合金铸锭分别放入热处理炉中进行成分均匀化退火；然后再进行组织均匀化退火，得到41种冷却的铸锭；六、将41种冷却的铸锭分别放入温度为1130℃～1270℃的热处理炉中保持2～8h后水淬，得到41种淬火的TiAl合金铸锭；七、分别从41种淬火的TiAl合金铸锭上切取淬火试样进行组织观察和成分分析；八、通过分析和检测，得到使TiAl合金在高温出现无序β相M元素添加量的临界值；九、根据不同M元素β相稳定能力的等效关系构建评价不同M元素β相稳定能力的Mo当量公式，即完成对β-γTiAl合金热加工性能的优化。本专利技术的有益效果是：本专利技术解决了在TiAl合金成分设计时缺乏定量设计原则的问题，为设计具有优异高温变形能力的新型beta-gammaTiAl合金提供有效指导。获得的Mo当量公式可以有效指导beta-gammaTiAl合金的成分设计和判断已有TiAl合金的热加工性能。本专利技术有效提升了beta-gammaTiAl合金成分设计的准确性和有效性。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式一种优化β-γTiAl合金热加工性能的方法是按以下步骤进行：一、单元素添加合金配料：合金成分按原子百分比表示为Ti-(41～45)Al-(1～10)M，其中M依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素；以海绵钛和工业纯铝，及铌铝合金、钒铝合金、纯铬、锰铝合金、钼铝合金和纯钨中的一种为原料，按合金成分称取，根据M的不同，得到6种单元素添加合金原料；二、双元素添加合金配料：合金成分按原子百分比表示为Ti-(41～45)Al-(1～10)M1-(1～10)M2，其中M1依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素，M2依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素，且M1和M2不为同种元素；以海绵钛和工业纯铝，及铌铝合金、钒铝合金、纯铬、锰铝合金、钼铝合金和纯钨中的两种为原料，按合金成分称取，根据M1和M2的不同，得到15种双元素添加合金原料；三、三元素添加合金配料：合金成分按原子百分比表示为Ti-(41～45)Al-(1～10)M3-(1～10)M4-(1～10)M5，其中M3依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素，M4依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素，M5依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素，且M3、M4和M5不为同种元素；以海绵钛和工业纯铝，及铌铝合金、钒铝合金、纯铬、锰铝合金、钼铝合金和纯钨中的三种为原料，按合金成分称取，根据M3、M4和M5的不同，得到20种三元素合金原料；四、将6种单元素添加合金原料、15种双元素添加合金原料和20种三元素添加合金原料分别倒入真空非自耗水冷铜坩锅感应熔炼炉中进行熔炼，得到41种合金铸锭；五、将41种合金铸锭分别放入热处理炉中进行成分均匀化退火；然后再进行组织均匀化退火，得到41种冷却的铸锭；六、将41种冷却的铸锭分别放入温度为1130℃～1270℃的热处理炉中保持2～8h后水淬，得到41种淬火的TiAl合金铸锭；七、分别从41种淬火的TiAl合金铸锭上切取淬火试样进行组织观察和成分分析；八、通过分析和检测，得到使TiAl合金在高温出现无序β相M元素添加量的临界值；九、根据不同M元素β相稳定能力的等效关系构建评价不同M元素β相稳定能力的Mo当量公式，即完成对β-γTiAl合金热加工性能的优化。本实施方式以β相含量的多少作为评价TiAl合金热加工性能好坏的标准，即β相含量越多，TiAl合金的热加工性能越好。当Mo当量大于1时，合金在热加工温度(1100～1300℃)开始出现β相，随着合金元素添加量的增加，Mo当量增加，合金的热加工性能进一步改善。本实施方式的组织分析显示：对于某种特定的β相稳定元素，只有该元素的添加量增加到一定数值时，高温下TiAl合金中才会开始析出β相。随着β相稳定元素的添加，TiAl合金中β相含量增多。本实施方式利用Gleeble1500D热模拟试验机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种优化β‑γTiAl合金热加工性能的方法，其特征在于优化β‑γTiAl合金热加工性能的方法是按以下步骤进行：一、单元素添加合金配料：合金成分按原子百分比表示为Ti‑(41～45)Al‑(1～10)M，其中M依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素；以海绵钛和工业纯铝，及铌铝合金、钒铝合金、纯铬、锰铝合金、钼铝合金和纯钨中的一种为原料，按合金成分称取，根据M的不同，得到6种单元素添加合金原料；二、双元素添加合金配料：合金成分按原子百分比表示为Ti‑(41～45)Al‑(1～10)M

【技术特征摘要】
1.一种优化β-γTiAl合金热加工性能的方法，其特征在于优化β-γTiAl合金热加工性能的方法是按以下步骤进行：一、单元素添加合金配料：合金成分按原子百分比表示为Ti-(41～45)Al-(1～10)M，其中M依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素；以海绵钛和工业纯铝，及铌铝合金、钒铝合金、纯铬、锰铝合金、钼铝合金和纯钨中的一种为原料，按合金成分称取，根据M的不同，得到6种单元素添加合金原料；二、双元素添加合金配料：合金成分按原子百分比表示为Ti-(41～45)Al-(1～10)M1-(1～10)M2，其中M1依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素，M2依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素，且M1和M2不为同种元素；以海绵钛和工业纯铝，及铌铝合金、钒铝合金、纯铬、锰铝合金、钼铝合金和纯钨中的两种为原料，按合金成分称取，根据M1和M2的不同，得到15种双元素添加合金原料；三、三元素添加合金配料：合金成分按原子百分比表示为Ti-(41～45)Al-(1～10)M3-(1～10)M4-(1～10)M5，其中M3依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素，M4依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素，M5依次为Nb元素、V元素、Cr元素、Mn元素、Mo元素和W元素，且M3、M4和M5不为同种元素；以海绵钛和工业纯铝，及铌铝合金、钒铝合金、纯铬、锰铝合金、钼铝合金和纯钨中的三种为原料，按合金成分称取，根据M3、M4和M5的不同，得到20种三元素合金原料；四、将6种单元素添加合金原料、15种双元素添加合金原料和20种三元素添加合金原料分别倒入真空非自耗水冷铜坩锅感应熔炼炉中进行熔炼，得到41种合金铸锭；五、将41种合金铸锭分别放入热处理炉中进行成分均匀化退火；然后再进行组织均匀化退火，得到41种冷却的铸锭；六、将41种冷却的铸锭分别放入温度为1130℃～1270℃的热处理炉中保持2～8h后水淬，得到41种淬火的TiA...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔凡涛，崔宁，陈玉勇，王晓鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23