一种初始凝固相为α相的多取向片层组织TiAl合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于钛合金片层控制技术领域，尤其涉及一种初始凝固相为α相的多取向片层组织TiAl合金及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的制备方法包括以下步骤：使用加热装置对TiAl合金母材的局部进行加热，将位于有效热区内的TiAl合金母材的温度加热至α相区温度进行保温处理后，依次进行局部热处理、进行控温冷却，控温冷却的冷却速率≥5℃/s，得到的TiAl具有多取向γ相片层和多取向的α2相片层形成的组织，本发明专利技术提供的方法无需经过熔化，且制备得到多取向片层组织的TiAl合金。取向片层组织的TiAl合金。取向片层组织的TiAl合金。

【技术实现步骤摘要】
一种初始凝固相为
α
相的多取向片层组织TiAl合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于钛合金片层控制
，尤其涉及一种初始凝固相为α相的多取向片层组织TiAl合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]2015年傅恒志等人在科学出版社学术专著《航空航天材料定向凝固》中系统总结了TiAl合金定向凝固的发展历程和技术手段，通过熔化和凝固过程控制，消除其横向晶界。当凝固初生相为α相时，TiAl合金从高温到低温的相变路径为：L(液相)
→
L+α
→
α
→
α+γ/α(高温片层)
→
γ/α2(有序化片层)。此时，受α凝固择优取向和固态相变晶体学位向关系影响，最终γ/α2片层取向与生长方向呈90
°
(垂直于生长方向)。H.Inui等人首次制备出α凝固TiAl合金单晶，具有单一片层取向，其成分为Ti
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49.3Al(at.％)，相关成果发表在“Room
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temperature tensile deformation of polysynthetically twinned(PST)crystals ofTiAl.Acta Metallurgica et Materialia.1992,40(11):3095
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3104.”。针对Ti
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48Al(at.％)α凝固定向合金，G.Wegmann和H.Y.Kim等人的工作表明其在853℃时具有优良的蠕变性能，相关工作发表分别发表在“Deformationcharacteristics of polysynthetically twinned(PST)crystals during creep at 1150K.Intermetallics.2000,8:165
‑
177.”和“Parallel twinning during creep deformation in soft orientation PST crystal ofTiAl alloy.Acta Materialia.2001,49:2635
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2643.”。
[0003]针对α凝固TiAl合金定向组织片层取向控制：中国专利CN104328501A公开了一种片层取向完全可控的TiAl单晶及其制备方法，针对α凝固特征Ti
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49Al
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9Nb(at.％)合金，基于水冷铜坩埚母合金锭制备和氧化钇涂层高纯刚玉管定向凝固，通过凝固和固态相变控制，使最终片层取向平行于生长方向。中国专利CN104651650A公开了一种制备TiAl基合金定向全片层组织的方法，采用籽晶重熔和定向凝固法，对具有α凝固特征的Ti
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48Al
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2Cr
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2Nb(at.％)合金进行片层取向控制，其最终片层取向与生长方向平行。中国专利CN105821470A公开了一种双重结构TiAl合金及其制备方法，采用熔炼后定向凝固手段，制备出具有α凝固特征TiAl合金的单一取向的柱状晶和等轴晶组织。
[0004]上述关于α凝固TiAl合金定向组织片层取向控制方法的报道中，片层取向控制单一，过于强调片层取向平行于生长方向的情况，而忽视了其它片层取向的性能优势。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种初始凝固相为α相的多取向片层组织TiAl合金及其制备方法和应用，本专利技术提供的制备方法能够制备得到多取向片层组织的TiAl合金。
[0006]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：
[0007]本专利技术提供了一种初始凝固相为α相的合金多取向片层组织TiAl的制备方法，包括以下步骤：
[0008]使用加热装置对TiAl合金母材的局部进行加热，将至位于有效热区内的TiAl合金母材的温度加热至α相区温度进行保温处理，得到具有温度梯度的TiAl合金保温热件，所述TiAl合金母材为α相凝固TiAl合金；
[0009]所述TiAl合金保温热件和加热装置进行相对运动，对所述TiAl合金保温热件进行局部热处理，得到热处理α相TiAl合金热件；
[0010]将所述热处理α相TiAl合金热件进行控温冷却，所述控温冷却的过程中，TiAl合金由α相相变为多取向的γ相和α2相片层组织，所述控温冷却的终止温度低于TiAl合金的α相向α2相的相转变温度，所述控温冷却的冷却速率≤15℃/s。
[0011]优选的，位于有效热区内的TiAl合金母材占所述TiAl合金母材的体积比为(4～10):100。
[0012]优选的，对TiAl合金母材的局部进行加热时，所述α相区温度为1370～1480℃。
[0013]优选的，对TiAl合金母材的局部进行加热时，由室温升温至所述α相区温度的升温程序为：由室温按照第一升温速率升温至第一温度，由所述第一温度按照第二升温速率升温至所述α相区温度；所述第一升温速率为10～30℃/s，所述第二升温速率为2～5℃/s，所述第一温度为1150～1250℃。
[0014]优选的，所述保温处理的时间为5～15min，所述保温处理时位于有效热区内的TiAl合金母材的温度为α相区温度，所述α相区温度为1370～1480℃。
[0015]优选的，所述相对运动的相对速率为2～10μm/s。
[0016]优选的，所述局部热处理时，位于有效热区内的TiAl合金母材占所述TiAl合金母材的体积比为(4～10):100，位于有效热区内的TiAl合金母材的温度为α相区温度，所述α相区温度为1370～1480℃。
[0017]优选的，所述控温冷却的终止温度≤800℃。
[0018]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法得到的初始凝固相为α相的多取向片层组织TiAl合金，所述多取向片层组织TiAl合金的Al元素的原子百分比≥47.5at.％，所述多取向片层组织为多取向的γ相和α2相片层组织，所述γ相片层组织的体积百分比≥90％。
[0019]本专利技术提供了上述技术方案所述初始凝固相为α相的多取向片层组织TiAl合金在航天航空中的应用。
[0020]本专利技术提供了一种初始凝固相为α相的多取向片层组织TiAl合金的制备方法，包括以下步骤：使用加热装置对TiAl合金母材的局部进行加热，将位于有效热区内的TiAl合金母材的温度加热至α相区温度，得到具有温度梯度的TiAl合金热件，将所述TiAl合金热件进行保温处理，得到具有温度梯度的TiAl合金保温热件，所述TiAl合金母材为α相凝固TiAl合金；所述TiAl合金保温热件和加热装置进行相对运动，对所述TiAl合金保温热件进行局部热处理，得到热处理α相TiAl合金热件；将所述热处理α相TiAl合金热件进行控温冷却，所述控温冷却时，TiAl合金由α相相变为多取向的γ相和α2相片层组织，所述控温冷却的终止温度低于TiAl合金的α相向α2相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种初始凝固相为α相的多取向片层组织TiAl合金的制备方法，包括以下步骤：使用加热装置对TiAl合金母材的局部进行加热，将位于有效热区内的TiAl合金母材的温度加热至α相区温度进行保温处理，得到具有温度梯度的TiAl合金保温热件，所述TiAl合金母材为α相凝固TiAl合金；所述TiAl合金保温热件和加热装置进行相对运动，对所述TiAl合金保温热件进行局部热处理，得到热处理α相TiAl合金热件；将所述热处理α相TiAl合金热件进行控温冷却，所述控温冷却的过程中，TiAl合金由α相相变为多取向的γ相和α2相片层组织，所述控温冷却的终止温度低于TiAl合金的α相向α2相的相转变温度，所述控温冷却的冷却速率≤15℃/s。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，位于有效热区内的TiAl合金母材占所述TiAl合金母材的体积比为(4～10):100。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对TiAl合金母材的局部进行加热时，所述α相区温度为1370～1480℃。4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，对TiAl合金母材的局部进行加热时，由室温升温至所述α相区温度的升温程序为：由室温按照第一升温速率升温至第一温度，由所述第一温度按照第二升温速...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨劼人，刘颖，叶金文，周丽，赵晓亮，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：