CN102392171A - 一种具有良好热加工性能的高铌钛铝合金及其制备方法 - Google Patents

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陈玉勇
孔凡涛
张树志
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Abstract

一种具有良好热加工性能的高铌钛铝合金及其制备方法，它涉及一种高铌钛铝合金及其制备方法。本发明要解决因此现有的高Nb-TiAl合金存在变形能力差得问题。具有良好热加工性能的高铌钛铝合金由Al、Nb、Cr、Y和Ti熔炼而成；方法：一、配料，二、高温熔炼，三、浇铸成型，即得到具有良好热加工性能的高铌钛铝合金。优点：一、稳定了beta相，改善高铌钛铝合金的热变形能力及力学性能；二、变高铌钛铝合金的凝固路线，通过beta相凝固可以获得细小均匀、无明显偏析的组织，有利于后续的热机械处理以及板材的制备。本发明主要用于制备高铌钛铝合金。

Description

一种具有良好热加工性能的高铌钛铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高铌钛铝合金及其制备方法。
背景技术
随着航空、航天技术以及汽车工业的飞速发展，飞行器和运输工具速度的提高，对轻质、高强高温结构材料的性能提出了更高的要求。由于TiAl金属间化合物具有：密度低、高的比强度和比弹性模量、良好的抗蠕变及抗氧化能力等突出特点，使其成为航空、航天以及汽车工业发动机等耐热结构部件极具竞争力的材料。高Nb合金元素的添加可以进一步提高TiAl合金的高温强度、抗蠕变及抗氧化的能力，提高了使用温度，使高Nb-TiAl合金成为最具应用前景的TiAl合金。但是Nb元素的添加在带来高温强度增加的同时进一步降低了TiAl合金的塑性变形能力、提高了变形抗力，不利于板材的制备。普通高Nb-TiAl合金在热机械处理过程中通常需要2～3次包套锻造，增加了加工工艺和生产成本，因此现有的高Nb-TiAl合金存在变形能力差得问题。
发明内容
本发明要解决因此现有的高Nb-TiAl合金存在变形能力差得问题，而提供一种具有良好热加工性能的高铌钛铝合金及其制备方法。
一种具有良好热加工性能的高铌钛铝合金按原子百分比由40％～49％Al、6％～9％Nb、4％～7％Cr、0.03％～0.4％Y和余量为Ti熔炼而成。
一种具有良好热加工性能的高铌钛铝合金的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、配料：按原子百分比40％～49％Al、6％～9％Nb、4％～7％Cr、0.03％～0.4％Y和余量为Ti配比材料；二、熔炼：将步骤一配比的材料在温度为1500℃～1700℃、真空度为0.5×10-2MPa～1.5×10-2MPa的条件下熔炼均匀，并在温度为1500℃～1700℃、真空度为0.5×10-2MPa～1.5×10-2MPa的条件下保温8min～30min，得到稳定的合金熔体；三、浇铸：首先将浇铸模具在200℃～300℃下预热3h～5h，得到预热后的浇铸模具，然后将步骤二得到稳定的合金熔体浇注入预热后的浇铸模具中，在真空度为0.5×10-2MPa～1.5×10-2MPa下冷却至室温，即得到具有良好热加工性能的高铌钛铝合金；步骤一中所述的材料为AlNb中间合金、高纯Al、海绵Ti、高纯Cr合金和AlY合金。
本发明优点：一、本发明添加了Cr元素，稳定了beta相，改善高铌钛铝合金的热变形能力及力学性能；二、本发明添加了Cr元素改变高铌钛铝合金的凝固路线，通过beta相凝固可以获得细小均匀、无明显偏析的组织，有利于后续的热机械处理以及板材的制备。
附图说明
图1是试验一制备的具有良好热加工性能的高铌钛铝合金的1000倍的SEM-BSE图；图2是锻造后的高铌钛铝合金的宏观形貌照片；图3是锻造后的高铌钛铝合金的500倍的SEM-BSE图；图4是高铌钛铝合金板材的宏观形貌照片；图5是高铌钛铝合金板材的500倍的SEM-BSE图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种具有良好热加工性能的高铌钛铝合金按原子百分比由40％～49％Al、6％～9％Nb、4％～7％Cr、0.03％～0.4％Y和余量为Ti熔炼而成。
本实施方式添加了Cr元素，稳定了beta相，改善高铌钛铝合金的热变形能力及力学性能。
本实施方式添加了Cr元素改变高铌钛铝合金的凝固路线，通过beta相凝固可以获得细小均匀、无明显偏析的组织，有利于后续的热机械处理以及板材的制备。
具体实施方式二：本实施方式是一种具有良好热加工性能的高铌钛铝合金的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、配料：按原子百分比40％～49％Al、6％～9％Nb、4％～7％Cr、0.03％～0.4％Y和余量为Ti配比材料；二、熔炼：将步骤一配比的材料在温度为1500℃～1700℃、真空度为0.5×10-2MPa～1.5×10-2MPa的条件下熔炼均匀，并在温度为1500℃～1700℃、真空度为0.5×10-2MPa～1.5×10-2MPa的条件下保温8min～30min，得到稳定的合金熔体；三、浇铸：首先将浇铸模具在200℃～300℃下预热3h～5h，得到预热后的浇铸模具，然后将步骤二得到稳定的合金熔体浇注入预热后的浇铸模具中，在真空度为0.5×10-2MPa～1.5×10-2MPa下冷却至室温，即得到具有良好热加工性能的高铌钛铝合金。
本实施方式步骤一中所述的材料为AlNb中间合金、高纯Al、海绵Ti、高纯Cr合金和AlY合金。
本实施方式添加了Cr元素，稳定了beta相，改善高铌钛铝合金的热变形能力及力学性能。
本实施方式添加了Cr元素改变高铌钛铝合金的凝固路线，通过beta相凝固可以获得细小均匀、无明显偏析的组织，有利于后续的热机械处理以及板材的制备。
采用下述试验验证本发明效果：
试验一：一种具有良好热加工性能的高铌钛铝合金的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、配料：按原子百分比45％Al、7％Nb、5％Cr、0.3％Y和余量为Ti配比材料；二、熔炼：将步骤一配比的材料在温度为1600℃、真空度为1×10-2MPa的条件下熔炼均匀，并在温度为1600℃、真空度为1×10-2MPa的条件下保温8min～30min，得到稳定的合金熔体；三、浇铸：首先将浇铸模具在200℃～300℃下预热4h，得到预热后的浇铸模具，然后将步骤二得到稳定的合金熔体浇注入预热后的浇铸模具中，在真空度为1×10-2MPa下冷却至室温，即得到具有良好热加工性能的高铌钛铝合金。
本试验骤一中所述的材料为Nb的质量分数为85％的AlNb中间合金、纯度为99.99％的高纯Al、纯度为99.7％的海绵Ti、纯度为99.98％的高纯Cr合金和Y的质量分数为90％的AlY中间合金。
采用扫描电子显微镜下的背散射成像技术(SEM-BSE)放大1000倍检测本试验制备的具有良好热加工性能的高铌钛铝合金，如图1所示，通过图1可以看出含有大量白色长条状的beta相，有利于合金的高温变形。
采用高温拉伸试验检测本试验制备的具有良好热加工性能的高铌钛铝合金，可知在800℃下，本试验制备的具有良好热加工性能的高铌钛铝合金的屈服强大达到400MPa、延伸率为5％；在900℃下，本试验制备的具有良好热加工性能的高铌钛铝合金的屈服强度为350MPa、延伸率为30％。
在1250℃下、以0.03s-1的应变速率对本试验制备的具有良好热加工性能的高铌钛铝合金进行一次变形量80％的包套锻造，锻造后的宏观形貌照片(采用数码相机拍照得到的)如图2所示，通过图2可知看出经过一次大变形量锻造后的高铌钛铝合金没有发生开裂，表面形状完好；采用扫描电子显微镜下的背散射成像技术(SEM-BSE)放大500倍检测锻造后的高铌钛铝合金，如图3所示，与图1对比可知晶粒细化明显，现在晶粒尺寸约为20μm；因此证明本试验制备的具有良好热加工性能的高铌钛铝合金具有良好的高温变形能力。
首先对本试验制备的具有良好热加工性能的高铌钛铝合金进行热机械处理，然后采用电火花线切的方法切取厚度为10mm的高铌钛铝合金片，最后在1250℃下，以0.03s-1应变速率进行包套轧制，至厚度为3.5mm为止，即得到高铌钛铝合金板材，高铌钛铝合金板材的宏观形貌照片(采用数码相机拍照得到的)如图4所示，通过图4可知看出得到的高铌钛铝合金板材表面形貌完好；采用扫描电子显微镜下的背散射成像技术(SEM-BSE)放大500倍检测高铌钛铝合金板材，如图5所示，通过图5经过包套轧制后，合金的组织更加均匀化，有利于合金性能的提高。

Claims (2)

1.一种具有良好热加工性能的高铌钛铝合金，其特征在于具有良好热加工性能的高铌钛铝合金按原子百分比由40％～49％Al、6％～9％Nb、4％～7％Cr、0.03％～0.4％Y和余量为Ti熔炼而成。
2.如权利要求1所述一种具有良好热加工性能的高铌钛铝合金的制备方法，其特征在于具有良好热加工性能的高铌钛铝合金的制备方法是按以下步骤完成的：
一、配料：按原子百分比40％～49％Al、6％～9％Nb，4％～7％Cr、0.03％～0.4％Y和余量为Ti配比材料；二、熔炼：将步骤一配比的材料在温度为1500℃～1700℃、真空度为0.5×10-2MPa～1.5×10-2MPa的条件下熔炼均匀，并在温度为1500℃～1700℃、真空度为0.5×10-2MPa～1.5×10-2MPa的条件下保温8min～30min，得到稳定的合金熔体；三、浇铸：首先将浇铸模具在200℃～300℃下预热3h～5h，得到预热后的浇铸模具，然后将步骤二得到稳定的合金熔体浇注入预热后的浇铸模具中，在真空度为0.5×10-2MPa～1.5×10-2MPa下冷却至室温，即得到具有良好热加工性能的高铌钛铝合金；步骤一中所述的材料为AlNb中间合金、高纯Al、海绵Ti、高纯Cr合金和AlY合金。
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