同时消除制造技术

同时消除

【技术实现步骤摘要】
同时消除
β
凝固高铌TiAl合金中脆性
β
o
相与细化组织的方法


[0001]本专利技术涉及
β
凝固高铌
TiAl
合金
，具体为一种同时消除
β
凝固高铌
TiAl
合金中脆性
β
o
相与细化组织的方法
。

技术介绍

[0002]在节能减排的大背景下，轻质合金材料的开发成为航空航天领域的研究热点之一
。
高铌
TiAl
合金的密度约为镍基高温合金的一半，并且具有较高的比强度与比刚度
、
良好的高温抗氧化性与抗蠕变性
。
因此，高铌
TiAl
合金被认为是有望在
650
～
850℃
范围内替代镍基高温合金的下一代理想的高温结构材料
。
相比于普通
γ
‑
TiAl
基合金，高铌
TiAl
合金的使用温度提高了
60
～
100℃
，室温强度也提高了
300
～
500MPa。
目前，
β
凝固高铌
TiAl
合金因其凝固组织均匀
、
高温变形能力好而备受关注
。
然而，高含量的
β
稳定元素使合金的室温组织中保留着大量的硬脆
β
o/>相，室温变形过程中
β
o
相常会成为裂纹萌生源，从而极大地恶化了合金的室温塑性
。
因此，十分有必要消除脆性
β
o
相
。
基于大量的文献检索结果，目前消除高铌
TiAl
合金中
β
o
相的方法主要是长时热处理和热等静压
。
通过这两种方法，
β
o
相能被部分消除，但仍有残留
。
因而亟待寻求一种更高效的
、
可完全消除
β
o
相的方法
。
[0003]另一方面，当下制造
β
凝固高铌
TiAl
合金的最主要方式是精密铸造技术，其工艺和设备相对简单
、
合金化程度较高
。
但铸态的高铌
TiAl
合金往往具有较大的片层团尺寸，这不利于室温塑性，因此也会阻碍此合金的进一步发展
。
为了突破此瓶颈，需要对合金组织进行有效的细化
。
然而，现存的方法均有各自的不足之处
。
通过引入第二相颗粒
(
例如硼化物
、
碳化物
)
，可以促进晶粒形核而细化组织，但这会由于第二相的分布不均匀导致细化效果不稳定
。
通过粉末冶金可制备超细晶，但在混粉过程中会不可避免地混入杂质，从而影响合金最终性能
。
利用热机械加工可以细化晶粒，但是极高的变形温度会造成能源浪费，对设备要求较高，并且可控性较差
。
因此，寻求一种可以有效细化高铌
TiAl
合金组织的更好的途径迫在眉睫
。
[0004]基于上述分析，为了提高
β
凝固高铌
TiAl
合金的室温塑性，促进其进一步的工程化应用，有必要在消除脆性
β
o
相的同时，对合金组织进行有效的细化
。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决
β
凝固高铌
TiAl
合金室温塑性差的技术问题，而提供同时消除
β
凝固高铌
TiAl
合金中脆性
β
o
相与细化组织的方法
。
[0006]同时消除
β
凝固高铌
TiAl
合金中脆性
β
o
相与细化组织的方法，具体按以下步骤进行：
[0007]一
、
按照原子百分比组成：
Al
为
42
％～
48
％
、Nb
为5％～
10
％
、Cr
为
0.5
％～2％
、V
为
0.5
％～
2.5
％和余量的
Ti
，分别称取纯
Ti
棒
、
海绵
Ti
粒
、
高纯
Al
块
、
高纯
Cr
粒
、Al
‑
Nb
中间合金颗粒和
Al
‑
V
中间合金颗粒；将称取的金属原材料进行超声波清洗，随后放入干燥箱中烘干；
[0008]二
、
熔炼：
①
将步骤一处理的金属原材料放入水冷铜坩埚真空感应凝壳熔炼炉中的铜坩埚内，金属原材料的放置顺序为：纯
Ti
棒均匀直立在铜坩埚内壁四周，海绵
Ti
粒铺在铜坩埚底部，高纯
Cr
粒
、Al
‑
Nb
中间合金颗粒和
Al
‑
V
中间合金颗粒依次铺在海绵
Ti
粒上，高纯
Al
块放在最上面；然后关闭炉门；
②
进行抽真空处理：当真空度低于
5Pa
时，向炉内充入高纯氩气，直至炉内压力为
800Pa
，然后进行第二次抽真空，当真空度再次低于
5Pa
时，向炉内充入高纯氩气，直至炉内压力为
800Pa
；
③
加热熔炼：控制加热功率为
10
～
35kW
，当高纯
Al
块熔化后，增加加热功率至
40
～
60kW
，当纯
Ti
棒熔化并向中心倾倒后，继续增加加热功率至
80
～
90kW
，当所有金属原材料完全熔化形成合金熔体，保持加热功率继续加热
10
～
15min
，并进行电磁搅拌；
④
停止加热，待合金熔体在铜坩埚内凝固冷却至室温，再重新增加加热功率至
60
～
80kW
，保持5～
10min
，进行二次重熔；
⑤
将合金熔体倾倒注入预热后的不锈钢模具中；冷却至室温，获得合金铸锭，向炉内充入高纯氩气，打开炉门，取出模具与合金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
同时消除
β
凝固高铌
TiAl
合金中脆性
β
o
相与细化组织的方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：一
、
按照原子百分比组成：
Al
为
42
％～
48
％
、Nb
为5％～
10
％
、Cr
为
0.5
％～2％
、V
为
0.5
％～
2.5
％和余量的
Ti
，分别称取纯
Ti
棒
、
海绵
Ti
粒
、
高纯
Al
块
、
高纯
Cr
粒
、Al
‑
Nb
中间合金颗粒和
Al
‑
V
中间合金颗粒；将称取的金属原材料进行超声波清洗，随后放入干燥箱中烘干；二
、
熔炼：
①
将步骤一处理的金属原材料放入水冷铜坩埚真空感应凝壳熔炼炉中的铜坩埚内，金属原材料的放置顺序为：纯
Ti
棒均匀直立在铜坩埚内壁四周，海绵
Ti
粒铺在铜坩埚底部，高纯
Cr
粒
、Al
‑
Nb
中间合金颗粒和
Al
‑
V
中间合金颗粒依次铺在海绵
Ti
粒上，高纯
Al
块放在最上面；然后关闭炉门；
②
进行抽真空处理：当真空度低于
5Pa
时，向炉内充入高纯氩气，直至炉内压力为
800Pa
，然后进行第二次抽真空，当真空度再次低于
5Pa
时，向炉内充入高纯氩气，直至炉内压力为
800Pa
；
③
加热熔炼：控制加热功率为
10
～
35kW
，当高纯
Al
块熔化后，增加加热功率至
40
～
60kW
，当纯
Ti
棒熔化并向中心倾倒后，继续增加加热功率至
80
～
90kW
，当所有金属原材料完全熔化形成合金熔体，保持加热功率继续加热
10
～
15min
，并进行电磁搅拌；
④
停止加热，待合金熔体在铜坩埚内凝固冷却至室温，再重新增加加热功率至
60
～
80kW
，保持5～
10min
，进行二次重熔；
⑤
将合金熔体倾倒注入预热后的不锈钢模具中；冷却至室温，获得合金铸锭，向炉内充入高纯氩气，打开炉门，取出模具与合金铸锭；三
、
去应力处理：将步骤二获得的合金铸锭放入热处理炉中，随炉升温，在
900
～
960℃
条件下保温
35
～
50h
，然后随炉冷却至室温，获得高铌
TiAl
合金铸锭；四
、
蠕变成形：将步骤三获得的高铌
TiAl
合金铸锭切下若干圆柱，进行表面打磨，超声清洗，获得圆柱样品；将圆柱样品放在电子蠕变持久试验机的上下压头之间的正中心位置，将三根
K
型热电偶分别固定在上压头
、
下压头和圆柱样品附近区域进行实时温度监测及温度校正；施加预载荷固定圆柱样品；关闭保温炉，以
17
～
25℃/min
的速度升温，当达到成形温度
900
～
975℃
后，保温
40
～
70min
；然后，以
120
～
200N/s
的速率加载至成形载荷
8000
～
12000N
，保载2～
5h
，控制总压缩应变量为
65
％～
85
％，然后在1～
4s
内卸掉载荷，随炉冷却至室温，获得高铌
TiAl
合金圆饼状样品；五
、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁振泉，肖树龙，李昕逸，杨建凯，徐丽娟，郑云飞，田竟，薛祥，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：