CN102433525A - 置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于热处理技术领域，涉及一种置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法。本发明的方法为：一、对铸造Ti3Al合金进行热等静压工艺处理；二、将热等静压工艺处理后的Ti3Al合金进行置氢处理；三、对置氢处理后的Ti3Al合金进行固溶、时效处理；四、最后进行真空退火处理。本发明一方面利用了热等静压工艺，修复了铸造Ti3Al合金中的孔洞等缺陷，提高了合金的致密度；另一方面又利用氢在铸造Ti3Al合金中的可逆合金化作用以及各种相变，细化铸造Ti3Al合金的微观组织，弥补晶粒粗大对合金性能带来的不利影响。本发明有效地解决了铸造Ti3Al合金的孔洞、缩孔等铸造缺陷和组织粗大的问题。

Description

置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法
技术领域
本发明属于热处理技术领域，涉及一种置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法
背景技术
Ti3Al基合金具有其他合金无法比拟的比强度、高温抗蠕变性能及抗氧化性能，因此被认为是新型航空、航天发动机重要结构件的首选材料之一。目前，铸造工艺是制备Ti3Al基合金构件的主要方法之一，也是一些结构复杂件的首选成形方法。
然而，铸造工艺往往会造成许多铸造缺陷，如晶粒粗大、缩孔、缩松、气孔以及晶粒不均匀等，这些缺陷的存在将严重影响铸件的性能，特别是拉伸强度、疲劳性能以及塑性，因此，对于性能要求较高的铸件，在交付使用前通常要进行热等静压处理，以消除这些铸造缺陷。然而，由于热等静压工艺处理温度较高，在热等静压处理过程中晶粒会发生长大，使原来粗大的铸造组织更加粗大，这又在一定程度上抵消了热等静压工艺对合金力学性能的改善作用。因此，在消除铸件的铸造缺陷同时又不造成铸件晶粒粗大，是提高铸件性能的有效途径。
对于Ti3Al合金而言，其材料本身塑性较低，脆性较大，因此，改善铸件的微观组织是制备高性能Ti3Al合金铸件的关键。
发明内容
本发明的目的在于解决铸造Ti3Al合金的铸造缺陷，同时改善合金的微观组织，以提高Ti3Al合金的综合力学性能的置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法。
本发明的技术解决方案是，将铸造Ti3Al合金零件在热等静压炉中进行热等静压处理，热等静压温度为980～1050℃，热等静压时间为1～4h，压力为110～150Mpa；将热等静压后的铸造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至700～850℃，保温15min，按照炉中的零件的重量百分比充入1～1.2％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温1～4h，然后将炉内以3～5℃/min的速度冷却至室温；将置氢处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1000～1050℃，到温后保温30min，然后，随炉冷却至800～850℃，保温6～8h，空冷至室温；将处理后的Ti3Al合金零件进行表面吹砂；将吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，炉内抽真空至10-3Pa，将炉内温度升至700～850℃，保温8～12个小时，零件随炉冷却至室温，即得到置氢-热等静压处理Ti3Al合金零件。
热等静压温度为990～1040℃，热等静压时间为1～4h，压力为110～140Mpa。
将热等静压后的铸造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至730～820℃，保温15min，按照炉中的零件的重量百分比充入1～1.2％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温1～4h，然后将炉内以3～5℃/min的速度冷却至室温。
所述的将置氢处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1010～1050℃，到温后保温30min，然后，随炉冷却至800～850℃，保温6～8h，空冷至室温。
将吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，炉内温度升至710～840℃，保温8～12个小时，零件随炉冷却至室温。
本发明具有的优点和有益效果：本发明工艺同时利用了热等静压工艺对Ti3Al合金铸造缺陷的修复作用和置氢处理工艺对微观组织细化作用，达到了消除铸造缺陷组织、提高了合金的致密度和细化了微观晶粒的目的，铸件的力学性能得到了提高，其中室温抗拉强度、屈服强度提高了20％，高温抗拉强度、屈服强度提高了10％，为Ti3Al合金铸件在航空、航天发动机领域的进一步应用奠定了基础。
附图说明
图1本发明工艺处理前Ti3Al合金铸件的微观组织。
图2置氢-热等静压工艺处理后的Ti3Al合金的微观组织，其中(a)为采用具体实施方式一所述的工艺处理后的Ti3Al合金的微观组织，(b)为采用具体实施方式二所述的工艺处理后的Ti3Al合金的微观组织。
具体实施方式
本发明的置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织工艺是通过以下步骤实现的：
步骤一、热等静压：将铸造Ti3Al合金零件在热等静压炉中进行热等静压处理，热等静压温度为980～1050℃，热等静压时间为1～4h，压力为110～150Mpa；
步骤二、置氢处理：将热等静压后的铸造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至700～850℃，保温15min，按照炉中的零件的重量百分比充入1～1.2％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温1～4h，然后将炉内以3～5℃/min的速度冷却至室温，即得到置氢Ti3Al合金零件；
步骤三、固溶、时效处理：将经过步骤二处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1010～1050℃，到温后保温30min，然后，随炉冷却至800～850℃，保温6～8h，空冷至室温；
步骤四、吹砂：将步骤三处理后的Ti3Al合金零件进行表面吹砂；
步骤五、真空除氢处理：将经过步骤四吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，炉内温度升至710～840℃，保温8～12个小时，零件随炉冷却至室温，即得到置氢-热等静压处理Ti3Al合金零件。
实施例一：本实施方式是通过以下步骤实现的：步骤一、热等静压：将铸造Ti3Al合金零件在热等静压炉中进行热等静压处理，热等静压温度为：980℃，热等静压时间：1h，压力为110Mpa；步骤二、置氢处理：将热等静压后的铸造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至850℃，保温15min，按照炉中铸件的重量百分比充入1.2％的氢气。根据入炉前对铸件称重，可知铸件的重量为460g，根据比例充入重量为5.52g氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温1h，然后将炉内以3℃/min的速度冷却至室温，得到置氢Ti3Al合金零件。步骤三、固溶、时效处理：将经过步骤二处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1050℃，到温后保温30min，然后，随炉冷却至850℃，保温6h，空冷至室温；步骤四、吹砂：将步骤三处理后的Ti3Al合金零件进行表面吹砂处理；步骤五、真空除氢处理：将经过步骤四吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，炉内温度升至850℃，保温8个小时，零件随炉冷却至室温，即得到置氢-热等静压处理Ti3Al合金铸件。
实施例二：本实施方式是通过以下步骤实现的：步骤一、热等静压：将铸造Ti3Al合金零件在热等静压炉中进行热等静压处理，热等静压温度为：1050℃，热等静压时间：4h，压力为150Mpa；步骤二、置氢处理：将热等静压后的铸造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至700℃，保温15min，按照炉中铸件的重量百分比充入1％的氢气。根据入炉前对铸件称重，可知铸件的重量为1230g，根据比例充入重量为12.3g氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温4h，然后将炉内以5℃/min的速度冷却至室温，得到置氢Ti3Al合金零件。步骤三、固溶、时效处理：将经过步骤二处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1000℃，到温后保温30min，然后，随炉冷却至800℃，保温8h，空冷至室温；步骤四、吹砂：将步骤三处理后的Ti3Al合金零件进行表面吹砂处理；步骤五、真空除氢处理：将经过步骤四吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，炉内温度升至700℃，保温12个小时，零件随炉冷却至室温，即得到置氢-热等静压处理Ti3Al合金铸件。
实施例三：本实施方式是通过以下步骤实现的：步骤一、热等静压：将铸造Ti3Al合金零件在热等静压炉中进行热等静压处理，热等静压温度为：1030℃，热等静压时间：2h，压力为130Mpa；步骤二、置氢处理：将热等静压后的铸造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至780℃，保温15min，按照炉中铸件的重量百分比充入1％的氢气。根据入炉前对铸件称重，可知铸件的重量为860g，根据比例充入重量为9.4g氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温2h，然后将炉内以5℃/min的速度冷却至室温，得到置氢Ti3Al合金零件。步骤三、固溶、时效处理：将经过步骤二处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1020℃，到温后保温30min，然后，随炉冷却至830℃，保温7h，空冷至室温；步骤四、吹砂：将步骤三处理后的Ti3Al合金零件进行表面吹砂处理；步骤五、真空除氢处理：将经过步骤四吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，炉内温度升至780℃，保温10个小时，零件随炉冷却至室温，即得到置氢-热等静压处理Ti3Al合金铸件。

Claims (5)

1.一种置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法，其特征在于：将铸造Ti3Al合金零件在热等静压炉中进行热等静压处理，热等静压温度为980～1050℃，热等静压时间为1～4h，压力为110～150Mpa；将热等静压后的铸造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至700～850℃，保温15min，按照炉中的零件的重量百分比充入1～1.2％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温1～4h，然后将炉内以3～5℃/min的速度冷却至室温；将置氢处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1000～1050℃，到温后保温30min，然后，随炉冷却至800～850℃，保温6～8h，空冷至室温；将处理后的Ti3Al合金零件进行表面吹砂；将吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，炉内温度升至700～850℃，保温8～12个小时，零件随炉冷却至室温，即得到置氢-热等静压处理Ti3Al合金零件。
2.根据权利要求1所述的置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法，其特征在于：热等静压温度为990～1040℃，热等静压时间为1～4h，压力为110～140Mpa。
3.根据权利要求1所述的置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法，其特征在于：将热等静压后的铸造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至730～820℃，保温15min，按照炉中的零件的重量百分比充入1～1.2％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温1～4h，然后将炉内以3～5℃/min的速度冷却至室温。
4.根据权利要求1所述的置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法，其特征在于：所述的将置氢处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1010～1050℃，到温后保温30min，然后，随炉冷却至800～850℃，保温6～8h，空冷至室温。
5.根据权利要求1所述的置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法，其特征在于：将吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，炉内温度升至710～840℃，保温8～12个小时，零件随炉冷却至室温。
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