一种基于真空热处理工艺的轻型高强度材料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于真空热处理工艺的轻型高强度材料制备方法，将TiAl固体颗粒、Nb单质颗粒和Mo单质颗粒混合得到固体颗粒；对真空熔炼炉进行抽真空处理并通入保护气体，然后对固体颗粒进行熔炼，得到TiAl

【技术实现步骤摘要】
一种基于真空热处理工艺的轻型高强度材料制备方法


[0001]本专利技术属于高温合金材料
，具体涉及一种基于真空热处理工艺的轻型高强度材料制备方法。

技术介绍

[0002]传统高温结构部件制造材料，比如应用较多的镍基高温合金的密度8.9g/cm3，虽然力学性能满足一定的要求，但并不满足更加轻量化的需要，并不符合当前航空航天的发展趋势。同样FeAl高温结构材料的密度为6.5g/cm3，对于满足高强性能的同时使材料更加轻量化依旧无法满足。
[0003]相对的，TiAl高温结构材料密度比较低为4.0g/cm3，800℃以下TiAl合金的比强度和比模量更高，同时具有更高的抗蠕变性能，所以TiAl合金可以作为符合未来发展趋势的高温结构材料来使用；合金元素Nb、Mo具有固溶强化、细晶强化作用，可以有效提高材料的强度；通过正确的真空热处理工艺，可以调节基体组织的显微组织结构，获得平衡的力学性能，从而获得更高的强度塑性及硬度，满足获得较为优异的综合力学性能的需要。
[0004]因此，采用非自耗电弧熔炼方法制备TiAl
‑
Nb
‑
Mo合金；传统通过采用非自耗电弧熔炼方法制备的材料基体中存在物相分布不均匀，裂纹气孔等缺陷，很大程度上影响材料的力学性能以及实际应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于真空热处理工艺的轻型高强度材料制备方法，用于解决轻型高强度材料中各物相分布不均匀，轻型高强度材料中裂纹和气孔缺陷多，材料基体强度低，塑性差，硬度不高的技术问题。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种基于真空热处理工艺的轻型高强度材料制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将TiAl固体颗粒、Nb单质颗粒和Mo单质颗粒混合得到固体颗粒；
[0009]S2、将步骤S1得到的混合颗粒置于真空熔炼炉内，对真空熔炼炉内进行抽真空处理并通入保护气体，然后对固体颗粒进行熔炼，得到TiAl
‑
Nb
‑
Mo试样；
[0010]S3、对步骤S2得到的TiAl
‑
Nb
‑
Mo试样进行线切割，然后进行粗加工；
[0011]S4、基于真空热处理工艺对步骤S3得到的TiAl
‑
Nb
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Mo试样进行加热处理，然后随炉冷却得到轻型高强度材料TiAl
‑
Nb
‑
Mo。
[0012]具体的，步骤S1中，按质量百分数计，TiAl固体颗粒为90％～92％，Nb单质颗粒为4％～5％，Mo单质颗粒为4％～5％。
[0013]进一步的，TiAl固体颗粒中Ti和Al的原子比为1：1。
[0014]具体的，步骤S2中，真空熔炼炉内引弧针与固体颗粒之间的距离为3.5～4.5mm。
[0015]具体的，步骤S2中，通入保护气体的次数至少为3次，熔炼次数至少为4次。
[0016]进一步的，保护气体为Ar气。
[0017]具体的，步骤S3中，线切割的尺寸为5
×
10
×
1～5
×
14
×
1mm，然后使用砂纸进行打磨至试样表面露出金属光泽，完成对试样进行粗加工。
[0018]具体的，步骤S4中，控制气压＜0.02MPa，真空热处理的升温速度为10～14℃/min，温度为1150～1350℃，保温30min后随炉冷却，500℃以上冷却速度为6～10℃/min。
[0019]进一步的，真空热处理的温度为1150℃、1200℃、1250℃、1300℃和1350℃。
[0020]具体的，轻型高强度材料TiAl
‑
Nb
‑
Mo的显微硬度为357～414.4HV，抗压强度为1700～2220MPa。
[0021]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0022]本专利技术一种基于真空热处理工艺的轻型高强度材料制备方法，通采用真空电弧熔炼和真空热处理相结合的方法，制备TiAl
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Nb
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Mo高强结构材料，不仅改善了TiAl
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Nb
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Mo高强结构材料的组织结构，减少了组织缺陷，而且有效提高了高强结构材料的显微硬度和抗压强度等力学性能，同时使高强结构材料能够满足轻量化的要求，具有十分重要的意义。
[0023]进一步的，TiAl固体颗粒为90％～92％，Nb单质颗粒为4％～5％，Mo单质颗粒为4％～5％，与传统的结构材料相比，获得更加轻量化以及更高的强度。
[0024]进一步的，通过在TiAl中添加合金元素Nb、Mo，一方面该类合金元素的添加，引入力学性能较为优异的新相，改变相组成，另一方面合金元素会起到细晶强化与固溶强化的作用，可以有效提高结构材料的强度。
[0025]进一步的，调节引弧针与固体颗粒之间距离为3.5～4.5mm，一方面，防止引弧针与固体颗粒之间距离过近，初始熔炼时发生粘针，另一方面防止在熔炼时，引弧针与固体颗粒距离较远，造成引弧困难，影响熔炼过程。
[0026]进一步的，在熔炼时，进行三次抽气真空处理，三次充Ar气，最终确保熔炼气氛为Ar气，防止了在熔炼较高温度下，空气对熔炼试样造成氧化以及其他破坏，通入22℃的冷却循环水，为了加快熔炼过程的冷却速率，减少试样产生偏析，能尽最大程度保证组织均匀化。将试样反复熔炼4次，确保固体颗粒能够充分熔炼，试样各部分分布均匀，熔炼过程中调节电压为固定电压，调节电流为固定电流160A，一方面确保电流过低，不利固体颗粒的充分融化，导致熔炼效率降低，另一方面防止电流过大，造成何金元素的烧损，影响材料的力学性能。
[0027]进一步的，将试样切割成5
×
10
×
1～5
×
14
×
1mm尺寸，保温30min，随炉冷却，主要是确保试样在真空热处理时能够受热更加充分，试样各个部位均能有效达到预设真空热处理的温度，并且确保试样内部组织结构的变化能够充分进行，从而消除有效消除晶间析出相，提高材料的力学性能。
[0028]进一步的，将管式炉中气压控制在＜0.02MPa，确保管式炉中的空气为零，处于真空状态，能够防止在较真空热处理条件下，空气对真空热处理后的样品产生过度氧化，从而影响试样性能的表征；真空热处理升温速度设置为10～14℃/min，防止温度升高过快，用于盛放样品的平底坩埚产生裂纹而造成损害，在一个确保处于每种温度下的样品都能够在升温过程中充分受热，同时保证升温效率。将升温至设定温度后的保温时间设置为30min，确保在较真空热处理条件下，试样因保温时间过长而出现组织结构被破坏的现象，同时防止保温时间过长造成部分相组织粗大，对性能产生不良影响，与此同时，能够确保材料在高温条件下内部元素能够充分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于真空热处理工艺的轻型高强度材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将TiAl固体颗粒、Nb单质颗粒和Mo单质颗粒混合得到固体颗粒；S2、将步骤S1得到的混合颗粒置于真空熔炼炉内，对真空熔炼炉内进行抽真空处理并通入保护气体，然后对固体颗粒进行熔炼，得到TiAl
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Nb
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Mo试样；S3、对步骤S2得到的TiAl
‑
Nb
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Mo试样进行线切割，然后进行粗加工；S4、基于真空热处理工艺对步骤S3得到的TiAl
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Nb
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Mo试样进行加热处理，然后随炉冷却得到轻型高强度材料TiAl
‑
Nb
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Mo。2.根据权利要求1所述的基于真空热处理工艺的轻型高强度材料制备方法，其特征在于，步骤S1中，按质量百分数计，TiAl固体颗粒为90％～92％，Nb单质颗粒为4％～5％，Mo单质颗粒为4％～5％。3.根据权利要求2所述的基于真空热处理工艺的轻型高强度材料制备方法，其特征在于，TiAl固体颗粒中Ti和Al的原子比为1：1。4.根据权利要求1所述的基于真空热处理工艺的轻型高强度材料制备方法，其特征在于，步骤S2中，真空熔炼炉内引弧针与固体颗粒之间的距离为3.5～4.5mm。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博，冯礼翰，高义民，王怡然，贾均红，刘二勇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：