在TiAl合金中获得三态组织和双态组织的热处理工艺制造技术

本申请公开了一种在TiAl合金中获得三态组织和双态组织的热处理工艺，包括以下步骤：将TNM合金锻造试样放入热处理炉中进行固溶处理，其中，所述固溶处理工艺为：试样随炉升温至1250

【技术实现步骤摘要】
在TiAl合金中获得三态组织和双态组织的热处理工艺


[0001]本申请属于钛铝合金组织调控
，尤其涉及一种在TiAl合金中获得三态组织和双态组织的热处理工艺。

技术介绍

[0002]TNM是一种经典的第三代钛铝合金，其成分范围为Ti
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(42
‑
45)Al
‑
(3
‑
5)Nb
‑
(0.1
‑
2)Mo
‑
(0.1
‑
0.2)B。相对于二代钛铝合金，其服役温度可达750℃，经过三次锻造之后，该合金已成功用于航空发动机的叶片。按照Ti
‑
Al体系的相图，在不同相区温度范围内进行热加工或者热处理，可以得到四种组织，分别是近γ组织，双态组织(由等轴γ+α2/γ片层团组成，本专利中专利技术的是另外一种双态组织)，近片层组织(<5％的γ相+α2/γ片层团)以及全片层组织(α2/γ片层团)。其中全片层组织具有优异的高温蠕变性能和断裂韧性，是最适合于工程化应用的组织。但是该种组织也增加了合金的室温脆性并增加了其热加工(例如锻造、轧制、挤压等)难度，从而大大提高了工程化应用的成本。如何同时提高TNM的室温塑性并拓宽热加工能力，已成为迫切需要解决的难题。虽然通过多步循环热处理以及多道次锻造、轧制或挤压等工艺，可以有效地细化片层组织，从而在一定程度上解决这两个问题，但其进一步增加了工艺成本，而且效果有限。有没有可能绕过片层组织，利用简单工艺得到全新的组织，在提高强度的同时，提高TNM合金的室温塑性和热加工能力，国内外目前尚无专利或者文献对此进行报道。
[0003]文献《Technology and mechanical properties ofadvancedγ
‑
TiAl based alloys》报道在低于共析温度对TNM合金进行时效处理，可发生胞状反应，将片层组织转变为类珠光体组织。且研究的结果表明，片层间距越细，α2/γ片层团内贮存的界面能越高，越利于胞状反应。文献《Physical Metallurgy and Properties ofβ
‑
solidifying TiAl BasedAlloys》对锻造的Ti
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43Al
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4Nb
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1Mo
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0.1B(TNM)合金进行两步热处理，也在α2/γ片层团边界上观察到了少量胞状反应。目前为止，文献中所报道的胞状反应程度非常小，难以实现有效地组织调控，也对合金的性能产生的影响较小。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本申请通过两步热处理工艺，可以成功地把TNM合金的α2/γ片层团绝大部分以及全部转变成类珠光体组织，从而得到新型的三态组织和双态组织。
[0005]且经拉伸测试发现，相对于全片层组织(第一步固溶处理后在900℃时效3小时，随后炉冷获得)，这两种新型的显微组织大大提高了TNM合金的室温强度和塑性，并在800℃将合金的高温塑性成功提高5倍以上，如表1和表2所示。这对于解决钛铝合金室温脆性大和难以进行热加工的难题非常有利。因此，本申请得到的三态组织和双态组织的专利技术有助于TNM合金的工程化应用。
[0006]表1全片层组织，双态组织以及三态组织对应TNM合金的室温拉伸性能
[0007][0008]表2全片层组织，双态组织以及三态组织对应TNM合金的800℃拉伸性能
[0009][0010]本申请具体是通过以下技术方案来实现的：
[0011]提供一种在TiAl合金中获得三态组织和双态组织的热处理工艺，包括以下步骤：
[0012]将TNM合金热处理试样放入热处理炉中进行固溶处理，其中，所述固溶处理工艺为：试样随炉升温至1250
‑
1300℃温度范围内，保温1小时后，移出热处理炉，并快速冷却至室温；
[0013]将所述固溶处理后的试样放入炉温为1000℃或1050℃的热处理炉中，保温时间为2
‑
6小时，随炉冷却至室温，即可在试样中生成双态组织或三态组织。
[0014]作为本申请的进一步说明，所述TNM合金热处理试样为经过锻造的TNM合金试样。
[0015]作为本申请的进一步说明，所述将TNM合金热处理试样放入热处理炉中进行固溶处理之前还包括：
[0016]用线切割在锻造的TNM合金锻饼上切取热处理试样得到所述TNM合金热处理试样，对于圆形热处理试样，要求直径小于40mm；对于矩形热处理试样则要求宽高都小于40mm。
[0017]作为本申请的进一步说明，所述TNM合金锻饼所采用的锻造工艺条件为：锻造温度为1170℃，工程应变量为74％，分三次进行等温锻造。
[0018]作为本申请的进一步说明，进行所述固溶处理的热处理炉要求控温精确，封闭性较好。
[0019]作为本申请的进一步说明，所述固溶处理工艺中将试样快速冷却至室温时，采用空冷或油淬火进行快速冷却。
[0020]作为本申请的进一步说明，将所述固溶处理后的试样放入炉温为1050℃的热处理炉中，保温时间为2
‑
6小时，随炉冷却至室温，即可在试样中生成双态组织。
[0021]作为本申请的进一步说明，将所述固溶处理后的试样放入炉温为1000℃的热处理炉中，保温时间为2
‑
6小时，随炉冷却至室温，即可在试样中生成三态组织。
[0022]作为本申请的进一步说明，所述TNM合金的成分范围为Ti
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(42
‑
45)Al
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(3
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5)Nb
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(0.1
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2)Mo
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(0.1
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0.2)B。
[0023]与现有技术相比，本申请具有以下有益的技术效果：
[0024]本申请通过简单的两步热处理工艺，成功在锻造TNM合金中调控出了新型的三态
组织和双态组织，全面提高了TNM合金的室温综合性能并极大地提高了高温塑性。工艺简单，操作易行，可在工程上实现大规模产业化。
附图说明
[0025]图1为本申请实施例1中所用锻造TNM合金试样的显微组织，放大倍数为200x；
[0026]图2为本申请实施例1中利用两步热处理获得的双态组织，放大倍数为500x；
[0027]图3为本申请实施例1中利用两步热处理获得的三态组织，放大倍数为500x。
具体实施方式
[0028]为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0029]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在TiAl合金中获得三态组织和双态组织的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：将TNM合金热处理试样放入热处理炉中进行固溶处理，其中，所述固溶处理工艺为：试样随炉升温至1250
‑
1300℃温度范围内，保温1小时后，移出热处理炉，并快速冷却至室温；将所述固溶处理后的试样放入炉温为1000℃或1050℃的热处理炉中，保温时间为2
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6小时，随炉冷却至室温，即可在试样中生成双态组织或三态组织。2.根据权利要求1所述的在TiAl合金中获得三态组织和双态组织的热处理工艺，其特征在于：所述TNM合金热处理试样为经过锻造的TNM合金试样。3.根据权利要求2所述的在TiAl合金中获得三态组织和双态组织的热处理工艺，其特征在于：所述将TNM合金热处理试样放入热处理炉中进行固溶处理之前还包括：用线切割在锻造的TNM合金锻饼上切取热处理试样得到所述TNM合金热处理试样，对于圆形热处理试样，要求直径小于40mm；对于矩形热处理试样则要求宽高都小于40mm。4.根据权利要求1所述的在TiAl合金中获得三态组织和双态组织的热处理工艺，其特征在于：所述TNM合金锻饼所采用的锻造工艺条件为：锻造温度为1170℃，工程应变量为74％，分三次进行等温锻造。5.根据权利要求1所述的在TiAl合金中获得三态组织和...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐斌，郑国明，李金山，王军，王毅，寇宏超，陈彪，樊江昆，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：