一种保持铸造TiAl合金高温长时强度的方法技术

本发明专利技术涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种保持铸造TiAl合金高温长时强度的方法，本发明专利技术提供的一种保持铸造TiAl合金高温长时强度的方法，包括以下步骤：将铸造TiAl合金依次进行均匀化热处理、热等静压处理和去应力退火处理；所述铸造TiAl合金中C的原子百分含量为0.03～0.3％，所述去应力退火处理的温度为600～750℃。利用上述方法动态硬化型TiAl合金在700～850℃、250～300MPa的条件下蠕变加载150～250小时后，抗拉强度仅降低4.0～4.5％，屈服强度仅降低1.0～1.5％，室温塑性降低8～11％。

A Method of Maintaining High Temperature and Long Term Strength of Cast TiAl Alloy

The invention relates to the technical field of metal materials, in particular to a method for maintaining the high temperature and long-term strength of cast TiAl alloys. The method provides a method for maintaining the high temperature and long-term strength of cast TiAl alloys, including the following steps: homogenizing, hot isostatic pressing and stress relief annealing of cast TiAl alloys in turn; atomic percentage of C in the cast TiAl alloys. The content is 0.03-0.3%, and the temperature of the stress relief annealing treatment is 600-750 C. After creep loading for 150-250 hours at 700-850 C and 250-300 MPa, the tensile strength, yield strength and room temperature plasticity of the dynamically hardened TiAl alloy decreased by only 4.0-4.5%, 1.0-1.5% and 8-11% respectively.

【技术实现步骤摘要】
一种保持铸造TiAl合金高温长时强度的方法
本专利技术涉及金属材料
，尤其涉及一种保持铸造TiAl合金高温长时强度的方法。
技术介绍
TiAl金属间化合物是一种具有密度低、高温比强度高、抗氧化性能优异等特点的新型轻质高温结构材料，这种材料代替较重的镍基高温合金应用于航空发动机涡轮叶片和车用发动机增压器涡轮等部件，可显著改善发动机的性能。服役过程中高温长时强度保持能力是高温结构材料必须关注的重要议题。然而，TiAl合金在650℃以上长期服役过程中，通常因α2层片溶解、α2→γ相变、动态再结晶等组织分解行为而导致组织退化，使合金高温长时服役过程中的强度明显降低。目前，为了解决上述问题，主要在TiAl合金中添加Nb、W、Mo、Ta等高固溶强化元素，通过降低扩散速率或降低γ相的层错能阻碍位错攀移，提高组织稳定性，有利于改善TiAl合金的高温长时强度保持能力；或者在TiAl合金中添加超过固溶度的C、Si等元素直接形成碳化物、硅化物析出相，也可以实现保持高温长时强度的效果。然而，上述两种途径均导致合金在高温使用之后的室温拉伸塑性较使用之前明显降低，不利于这种脆性材料的使用可靠性。因此，如何改善TiAl合金的高温长时强度以及缩小TiAl合金的室温拉伸塑性降低程度进而提高TiAl合金的使用可靠性，成为了人们研究的重点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种保持铸造TiAl合金高温长时强度的方法，所述方法还可以使TiAl合金的塑性在高温使用后的降低率减小。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种保持铸造TiAl合金高温长时强度的方法，包括以下步骤：将铸造TiAl合金依次进行均匀化热处理、热等静压处理和去应力退火处理；所述铸造TiAl合金中C的原子百分含量为0.03～0.3％，所述去应力退火处理的温度为600～750℃。优选的，所述均匀化热处理的温度为1270～1350℃，所述均匀化热处理的时间为0.5～12小时。优选的，所述热等静压处理的温度为1220～1270℃，所述热等静压的压力为130～200MPa，所述热等静压处理的时间为1～4小时。优选的，所述去应力退火处理的时间为2～4小时。本专利技术还提供了上述技术方案所述的方法得到的动态硬化型TiAl合金，所述动态硬化型TiAl合金在700～850℃、250～300MPa的条件下蠕变加载150～250小时，抗拉强度降低率为4.0～4.5％，室温拉伸塑性降低率为8～11％。优选的，所述动态硬化型TiAl合金在进行时效硬化后，生成纳米碳化物；所述纳米碳化物为P型Ti3AlC相，体积分数为0.1～0.4％，形状为颗粒状，尺寸为25～50nm，分布位置在γ-TiAl层片与α2-Ti3Al层片之间的界面和γ-TiAl层片中，析出相分布间距为45～120nm。本专利技术还提供了所述动态硬化型TiAl合金在制备航空发动机涡轮叶片和车用发动机增压器涡轮中的应用。本专利技术提供了一种保持铸造TiAl合金高温长时强度的方法，包括以下步骤：将铸造TiAl合金依次进行均匀化热处理、热等静压处理和去应力退火处理；所述铸造TiAl合金中C的原子百分含量为0.03～0.3％，所述去应力退火处理的温度为600～750℃。本专利技术所述的方法通过添加含量低于固溶度的碳元素，合金在后续处理过程中不会直接析出对室温拉伸塑性不利的碳化物；通过均匀化热处理、热等静压处理和去应力退火处理，可以保证合金在高温长时使用过程中自动生成均匀弥散分布、颗粒状的纳米尺度的Ti3AlC碳化物，从而使合金在高温长时使用过程中的强度性能得到良好的保持，且不明显降低合金的室温拉伸塑性。通过控制去应力退火处理的温度可以避免在时效过程中直接析出对室温拉伸塑性不利的针状Ti3AlC型碳化物。实施例结果表明，利用根本专利技术所述方法处理后得到的动态硬化型TiAl合金在700～850℃、250～300MPa的条件下蠕变加载150～250小时后，抗拉强度仅降低4.0～4.5％，屈服强度仅降低1.0～1.5％，室温塑性降低8～11％。附图说明图1为利用实施例1所述的方法得到的动态硬化型TiAl合金在800℃/275MPa蠕变加载200小时前后的背散射扫描电镜照片；图2为利用实施例1所述的方法得到的动态硬化型TiAl合金在800℃/275MPa蠕变加载200小时后试样中Ti3AlC与位错交互作用的透射电镜照片。具体实施方式本专利技术提供了一种保持铸造TiAl合金高温长时强度的方法，包括以下步骤：将铸造TiAl合金依次进行均匀化热处理、热等静压处理和去应力退火处理；所述铸造TiAl合金中C的原子百分含量为0.03～0.3％，所述去应力退火处理的温度为600～750℃。在本专利技术中，所述铸造TiAl合金中C的原子百分含量优选为0.03～0.3％，更优选为0.1～0.2％。本专利技术对所述铸造TiAl合金的其他组分和配比没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的铸造TiAl合金即可；在本专利技术中，所述铸造TiAl合金可以具体选择为Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr-0.2Zr-0.1C或Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr-0.2Zr-0.2C。在本专利技术中，上述碳含量低于其在铸造TiAl合金中的固溶度，会保证合金在凝固后以及后续热处理过程中不会直接析出对室温拉伸塑性不利的碳化物。在本专利技术中，所述均匀化热处理的温度优选为1270～1350℃，更优选为1300～1320℃；所述均匀化热处理的时间优选为0.5～12小时，更优选为5～10小时。在本专利技术中，所述均匀化热处理的主要目的是使碳原子充分扩散以避免在后续高温长时使用过程中形成分布和尺寸不均匀的Ti3AlC碳化物，导致室温拉伸塑性降低；所述均匀化热处理的温度下限为1270℃，比碳化物固溶度高20℃，可以保证碳元素的充分扩散，所述均匀化热处理的温度上限为1350℃，是γ-TiAl相溶解相变点，可以避免层片团组织过度长大而恶化室温拉伸塑性。均匀化热处理完成后，本专利技术优选对均匀化热处理后的试样进行冷却；本专利技术对所述冷却的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行冷却至室温即可。在本专利技术中，所述热等静压处理的温度优选为1220～1270℃，更优选为1230～1260℃，最优选为1240～1250℃；所述热等静压的压力优选为130～200MPa，更优选为150～180MPa；所述热等静压处理的时间优选为1～4小时，更优选为2～3小时。在本专利技术中，所述热等静压处理可以消除或减小铸造缺陷，所述热等静压处理的温度可以保证所得合金组织含有层片团的双态或近层片组织，可以保证TiAl合金在使用过程中充分发挥Ti3AlC碳化物的硬化效果。热等静压处理完成后，本专利技术优选对热等静压处理后的试样进行冷却；本专利技术对所述冷却的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行冷却至室温即可。在本专利技术中，所述去应力退火处理的温度优选为600～750℃，更优选为650～700℃；所述去应力退火处理的时间优选为2～4小时，更优选为2.5～3.5小时。在本专利技术中，所述去应力退火处理可以避免直接析出对室温拉伸塑性不利的针状Ti2AlC碳化物。本专利技术将铸造TiAl合金依次进行均匀化热处理、热等静压处理和去应力退火处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种保持铸造TiAl合金高温长时强度的方法，包括以下步骤：将铸造TiAl合金依次进行均匀化热处理、热等静压处理和去应力退火处理；所述铸造TiAl合金中C的原子百分含量为0.03～0.3％，所述去应力退火处理的温度为600～750℃。

【技术特征摘要】
1.一种保持铸造TiAl合金高温长时强度的方法，包括以下步骤：将铸造TiAl合金依次进行均匀化热处理、热等静压处理和去应力退火处理；所述铸造TiAl合金中C的原子百分含量为0.03～0.3％，所述去应力退火处理的温度为600～750℃。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述均匀化热处理的温度为1270～1350℃，所述均匀化热处理的时间为0.5～12小时。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热等静压处理的温度为1220～1270℃，所述热等静压的压力为130～200MPa，所述热等静压处理的时间为1～4小时。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述去应力退火处理的时间为2～4小时。5.由权利要求1～4任一项所述的方法得到的动态硬化型TiAl...

【专利技术属性】
技术研发人员：张熹雯，张继，朱春雷，王红卫，胡海涛，李胜，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，北京钢研高纳科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11