高温钛合金的硅化物及其析出生长的控制方法技术

本发明专利技术公开了高温钛合金的硅化物及其析出生长的控制方法，通过在高温钛合金中加入0.28～0.5wt.％的硅元素，保证Si元素一部分固溶于基体中、另一部分以硅化物的形式在片状α相之间的β相内析出。通过双重热处理工艺1030℃/1h～3h/空冷+600℃～850℃/2h～4h/空冷，对硅化物进行协调控制，调控高温钛合金中硅化物的析出量。通过硅的固溶强化和硅化物的沉淀强化作用，达到提高钛合金蠕变抗力的热强性目标。标。标。

【技术实现步骤摘要】
高温钛合金的硅化物及其析出生长的控制方法


[0001]本专利技术属于钛合金领域，具体涉及高温钛合金的硅化物及其析出生长的控制方法，该类合金可以在500℃及以上温度长期使用。

技术介绍

[0002]传统的高温钛合金主要包括两类，一类是马氏体型α+β两相钛合金，服役温度一般低于550℃，另外一类是近α型钛合金，服役温度较高，可以达到650℃。钛基合金通常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。当服役温度超过500℃时，合金元素的固溶强化作用将逐步减弱，依靠固溶强化已经无法保证钛基合金的蠕变、持久等热强性满足服役要求，需要引入其它的强化措施，保证热强性满足使用要求。α2相和硅化物为金属间化合物，在高温下具有较高的强度，因此可以通过α2相和硅化物的沉淀强化作用提高钛基合金的热强性。
[0003]Si是重要的高温钛合金元素，能有效地强化固溶体。Si在β钛中的溶解度远大于在α钛中的溶解度，Si在α钛中的溶解度随温度升高而增加。Si通常以两种状态存在：即固溶于基体中和以硅化物的形式析出，分别对钛合金起固溶强化和沉淀强化作用，提高钛合金的热强性。硅化物通常有两种结构S1型和S2型，S1型是(Ti,Zr)5Si3，S2型为(Ti,Zr)6Si3。硅化物的析出、长大与合金成分、热加工工艺及热处理制度等因素有关，加热温度对硅化物的析出、分布、形貌和颗粒尺寸影响较大。
[0004]研究表明，硅化物主要在片状α相之间的残留β相中析出，其形状可以是等轴、椭球或块状的，尺寸在几十纳米到几百纳米之间。细小弥散分布的硅化物有利于强化晶界和相界，特别是Si与Zr、Mo综合作用时，强化效果最好。与α2相的脆化作用相似，随Si含量增加及硅化物析出，钛合金的塑性明显降低。由于追求钛合金的热强性，同时又要保证其热稳定性，因此必须有效控制硅化物的析出生长过程，这对于保证高温钛合金的热强性和热稳定性等使用性能非常重要。

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，细化晶粒等强化措施不利于钛基合金蠕变抗力提升，合金元素的固溶强化效应也显著降低。因此，利用第二相的沉淀强化作用提高钛基合金热强性是一种切实可行的方法。硅化物具有高温强度高的特点，采用硅化物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途径之一。
[0006]为了满足上述技术要求，本专利技术提供了一种高温钛合金的硅化物及其析出生长的控制方法，通过热处理制度协调控制硅化物的尺寸和数量，对高温钛合金的热稳定性和热强性进行匹配，达到提高钛合金综合力学性能的目标。
[0007]本专利技术的技术方案为：
[0008]一种高温钛合金硅化物析出生长的控制方法，其特征在于：在Ti
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Al
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Sn
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Zr
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Mo
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Nb
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Ta系钛基合金中加入0.28～0.5wt.％的硅元素，Si元素一部分固溶于基体中、一部分以硅化物的形式在片状α相之间的β相内析出。通过硅的固溶强化作用和硅化物的沉淀强化作用，提高高温钛合金的热强性。
[0009]本专利技术所述高温钛合金硅化物析出生长的控制方法，其特征在于：
[0010]当加热温度超过1030℃时，硅化物全部溶解，硅元素全部固溶在基体中；随后在加热温度低于990℃时硅化物开始在片状α相之间的β相内析出，在850℃左右硅化物析出量最大。
[0011]当加热温度在750℃～950℃之间硅化物大量析出，当加热温度在600℃～750℃之间硅化物少量析出量析出。
[0012]所述高温钛合金的热处理制度为：
[0013]通过第一重热处理1030℃/1h～3h/空冷，硅化物全部固溶于高温钛合金基体中；
[0014]通过第二重热处理600℃～850℃/2h～4h/空冷，调控硅化物析出的数量，发挥硅化物的沉淀强化作用，从而达到提高高温钛合金蠕变抗力的热强性目标。
[0015]与现有技术相比本专利技术具有以下优点：
[0016]1、利用硅化物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，从而提高了钛合金的耐温能力。
[0017]2、通过双重热处理1030℃/1h～3h/空冷+600℃～850℃/2h～4h/空冷，调控硅化物析出的尺寸和数量，实现了硅化物的协调控制，匹配了钛基合金的热稳定性和热强性，提高了合金的综合力学性能。
[0018]3、在固溶强化、细晶强化作用的基础上，对近α型钛基合金中硅化物进行协调控制，在保证钛合金热稳定性满足使用要求的前提下，提高钛合金的蠕变抗力等热强性指标，从而达到提高钛合金综合力学性能的目标，以满足550℃及以上温度的使用需求。
附图说明
[0019]图1为实施例1所述合金1030℃/2h/空冷热处理的显微组织；
[0020]图2为实施例1双重热处理硅化物的析出形貌，a)650℃/2h/空冷，b)700℃/2h/空冷c)750℃/2h/空冷。
具体实施方式
[0021]下面结合实施例和说明书附图对本专利技术做进一步说明，但不限于此。
[0022]实施例1
[0023]Ti
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5.5Al
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3.0Sn
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4.0Zr
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1.0Mo
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0.2Si系钛合金，Si含量为0.2％，α+β/β相转变温度为1009℃。
[0024]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
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Sn、Al
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Si、Al
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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铸锭。2)饼材锻造。将铸锭经β单相区两火开坯后，在T
β
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(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)固溶时效处理。热处理制度分别为1030℃/2h/空冷+750℃/2h/空冷、1030℃/2h/空冷+700℃/2h/空冷、1030℃/2h/空冷+650℃/2h/空冷。4)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。
[0025]显微组织观察结果表明：1030℃/2h/空冷处理后无任何析出相(见图1)；而经1030℃/2h处理分别再进行750℃/2h、700℃/2h和650℃/2h处理后观察到硅化物析出，但硅化物析出相的数量和尺寸变化较大，随着热处理温度由750℃降低到650℃，硅化物的尺寸逐渐减小(见图2)。
[0026]力学性能试验结果表明：3种热处理750℃/2h/空冷、700℃/2h/空冷和650℃/2h/空冷后高温钛合金的室温强度和高温强度差异不大，但经550℃/250MPa/100h蠕变试验后，合金的蠕变残余本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温钛合金硅化物析出生长的控制方法，其特征在于：在Ti
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Al
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Sn
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Zr
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Mo
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Nb
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Ta系钛基合金中加入0.28～0.5wt.％的硅元素，Si元素一部分固溶于基体中、一部分以硅化物的形式析出。2.按照权利要求1所述高温钛合金硅化物析出生长的控制方法，其特征在于：当加热温度超过1030℃时，硅化物全部溶解，硅元素全部固溶...

【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：