一种提高钛合金蠕变性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高钛合金蠕变性能的方法，可以通过控制合金的电子浓度对α2相进行控制。对于α+β两相区热加工的高温钛合金，通过T

【技术实现步骤摘要】
一种提高钛合金蠕变性能的方法


[0001]本专利技术属于钛合金领域，具体涉及一种提高钛合金蠕变性能的方法，该类合金可以在550℃及以上温度长期使用。

技术介绍

[0002]高温钛合金是在400℃以上使用的钛合金，包括近α型和马氏体型α+β两相高温钛合金。通常高温钛合金是采用合金元素固溶强化，并结合热机械处理工艺匹配其热强性和热稳定性等综合性能。但当使用温度超过500℃时，合金元素的固溶强化作用减弱，依靠固溶强化已经无法保证高温钛合金的蠕变、持久等热强性指标的使用要求。α2相和硅化物在高温下具有较高的强度，因此可以通过α2相和硅化物的弥散强化作用提高钛基合金的热强性。
[0003]α2相是以Ti3Al为主体的金属间化合物，具有DO
19
结构的、一般在时效过程或热暴露过程析出的有序相。当合金的电子浓度超过2.12或铝当量超过9％时，在合适的条件下α2相就将会析出，其析出长大与Ti
‑
Al二元系中α2相(Ti3Al)的析出长大具有相同的特征。α2相为脆化相，α2相析出将导致合金的脆化倾向并降低高温钛合金的室温塑性。由于α2相的高温强度远高于α相，这就使得利用α2相强化高温钛合金成为可能。α2相的强化作用与其体积分数、尺寸及分布密切有关。
[0004]α2相的析出、长大与钛基合金的化学成分及热机械处理工艺等多方面因素有关，因此，为了保证钛基合金的热稳定性和热强性满足使用要求，对钛基合金中α2相的析出与生长控制尤为重要。

技术实现思路

[0005]传统的、使用温度在550℃以下的高温钛合金，主要采用晶粒细化和固溶强化等技术措施对合金进行强化。但随着使用温度升高，由于晶粒细化等强化措施不利于钛基合金的蠕变抗力提升，合金元素的固溶强化效应也显著降低；因此采用第二相的析出强化作用提高钛基合金的高温强度和蠕变抗力等热强性能成为了主要的技术手段。利用金属间化合物α2相的沉淀强化作用提高钛合金的蠕变抗力，是发展新型高温钛合金的主要技术途径之一。
[0006]为了满足提高热强性的技术需求，本专利技术提供了一种提高钛合金蠕变性能的方法：通过控制合金的电子浓度及热处理制度，协调控制α2相的体积分数，匹配钛基合金热稳定性和热强性，提高钛合金的综合力学性能。
[0007]本专利技术采用的技术方案是：
[0008]一种提高钛合金蠕变性能的方法，其特征在于：利用电子浓度公式ΣN
i
f
iα
＝2(f
Ti
+f
Zr
)+3(f
Al
+f
Ga
+f
V
)+4(f
Sn
+f
Nb
)+5f
Mo
+6f
o
计算钛合金的电子浓度，式中N
i
代表第i个元素的原子价电子数，f
i
代表第i个元素在α相中的原子百分数；当电子浓度ΣN
i
f
iα
＞2.12时α2相将析出，通过合金元素含量调控电子浓度值并结合热处理工艺对α2相进行协调控制，提高钛合
金的蠕变性能，增加钛合金的服役温度。
[0009]本专利技术通过双重热处理获得由初生α相和β转变组织组成的双态组织，并对显微组织中α2相进行协调控制，保证钛合金具有热稳定性和热强性的良好匹配
[0010]为了获得综合性能良好的双态组织，对经过α+β两相区充分变形的钛合金在两相区进行第一重热处理，热处理温度为T
β
相转变温度以下20℃～60℃，热处理时间为2h～4h，通过热处理控制初生α相的体积分数在20％～50％之间，获得由初生α相和β转变组织组成的双态组织。
[0011]对经过第一重热处理的钛合金在550℃～700℃进行2h～10h的第二重时效处理，对显微组织中纳米尺寸α2相的体积分数进行协调控制，提高钛合金的蠕变性能和综合性能。
[0012]通过第一重热处理对初生α相的体积分数进行有效控制，并结合第二重时效处理对α2相析出的体积分数进行协调控制，获得由初生α相和β转变组织组成的双态组织，提高了钛合金的热强性、保证了热稳定性，研发的新型高温钛合金综合性能满足550℃及以上温度的服役要求。
[0013]与现有技术相比本专利技术具有以下优点：
[0014]1、通过控制钛合金的电子浓度，对α2相的体积分数进行有效控制，在较宽广的范围内协调控制合金的强度和塑性，满足550℃以上使用温度要求。
[0015]2、通过在T
β
相转变温度以下20℃～60℃的α+β两相区对高温钛合金进行第一重热处理，控制初生α相的体积分数在20％～50％之间，获得由初生α相和β转变组织组成的双态组织，该类组织具有优良的热稳定性和热强性匹配，综合性能良好。
[0016]3、通过第二重550℃～700℃热处理，对α2相的体积分数进行协调控制，利用α2相的强化作用提高钛合金的蠕变和持久抗力，达到提高合金热强性的目的，从而提高了高温钛合金的耐温能力。
[0017]4、通过热处理温度和保温时间的调控，实现了初生α相和α2相的协调控制，匹配钛合金热稳定性和热强性等强塑性指标，提高钛合金的综合力学性能，保证了钛合金在550℃及以上温度的服役需求。
具体实施方式
[0018]下面结合实施例对本专利技术做进一步说明，但不限于此。
[0019]实施例1
[0020]Ti
‑
Al
‑
Sn
‑
Zr
‑
Mo
‑
Si系近α型高温钛合金，合金的电子浓度为2.13、Mo当量1.0％，α+β/β相转变温度为1015℃。
[0021]钛合金的制备步骤为：1)铸锭熔炼。采用0级海绵Ti、海绵Zr、纯Al等纯金属以及Ti
‑
Sn、Al
‑
Si、Al
‑
Mo等中间合金，利用真空自耗电弧炉，经三次熔炼制备出成分均匀的钛合金铸锭。2)饼材锻造。将铸锭经β单相区两火开坯后，在T
β
‑
(30℃～50℃)进行三火次热加工后锻成Φ300
×
70mm的饼材，每火次的变形量大于60％。3)固溶处理。固溶处理制度为990℃保温2h后空冷，初生α相的体积分数约为20％；4)时效处理。时效处理制度为600℃保温6h后空冷、650℃保温6h后空冷和700℃保温6h后空冷3种时效处理制度。5)在饼材上切去弦向试样进行显微组织观察和力学性能测试。
[0022]显微组织观察结果表明：随着时效温度由600℃升高到700℃，α2相的数量减少、尺寸增大，α2相的尺寸在5nm～15nm之间，主要在初生α相中均匀析出。力学性能试验结果表明：700℃时效样品室温和高温强度最高；600℃/160MPa/100h蠕变试验后，测试的蠕变残余变形600℃时效样品为0.30％、650℃时效样品为0.25％、7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高钛合金蠕变性能的方法，其特征在于：利用电子浓度公式ΣN
i
f
iα
＝2(f
Ti
+f
Zr
)+3(f
Al
+f
Ga
+f
V
)+4(f
Sn
+f
Nb
)+5f
Mo
+6f
o
计算钛合金的电子浓度，式中N
i
代表第i个元素的原子价电子数，f
i
代表第i个元素在α相中的原子百分数；当电子浓度ΣN
i
f
iα
＞2.12时α2相将析出，通过电子浓度值并结合热处理工艺对α2相进行协调控制，提高钛合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清江，刘建荣，陈志勇，朱绍祥，赵子博，王磊，李文渊，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：