CN102828067A

CN102828067A - 一种beta-gamma TiAl合金及其制备方法

Info

Publication number: CN102828067A
Application number: CN2012103697085A
Authority: CN
Inventors: 陈玉勇; 孔凡涛; 张树志; 邓宁嘉; 葛伟; 徐国俊
Original assignee: NANJING BAOTAI SPECIAL MATERIAL CO Ltd; Harbin Institute of Technology
Current assignee: NANJING BAOTAI SPECIAL MATERIAL CO Ltd; Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2012-12-19

Abstract

一种beta-gamma TiAl合金及其制备方法，它涉及一种TiAl合金及其制备方法。本发明要解决现有TiAl合金高温变形能力差的问题。产品：由Al、X、A和余量的Ti制成，其中X是Mo或Mn元素，A是B或Y元素。制备方法：一、按原子百分比称取原料；二、原料倒入真空感应熔炼炉中进行真空熔炼；三、把合金熔体浇注到预热后的金属铸型模具中，得到beta-gamma TiAl合金。本发明制备的beta-gamma TiAl合金提高了钛铝合金的高温变形能力，采用近等温包套锻造的变形量可达80%，制成的锻坯表面光滑，内部组织细小均匀，主要应用于航空航天和汽车工业材料中。

Description

一种beta-gamma TiAl合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种TiAl合金及其制备方法。

背景技术

TiAl合金具有低密度，高的比强度和比模量，良好的高温抗氧化和抗蠕变性能，以及优异的高温强度等突出特点，在航空航天以及汽车工业领域具有广泛的应用前景。变形TiAl合金具有比铸造TiAl合金更加细小均匀的组织，更高的强度和塑性变形能力，是TiAl工程化转换过程中急需的材料。现有普通的TiAl合金含有γ相，α₂相以及极少量的β相，塑性低，变形能力差。β相具有体心立方结构，在高温下具有更多的可开动滑移系，更容易发生变形。同时，β相与细小γ相的存在，可以明显的提升协调变形能力，因此在TiAl合金中保留大量的β相可以明显改善TiAl合金变形能力差的缺点。通过对TiAl合金的成分进行调配，获得的相组成主要为β相和γ相的新型beta-gamma TiAl合金，具有优良的热变形能力，塑性得到明显的改善，有利于TiAl合金的锻造及板材的轧制，对TiAl合金的工程化使用具有重大意义。

发明内容

本发明目的是为了解决现有TiAl合金高温变形能力差的问题，而提供一种beta-gamma TiAl合金及其制备方法。

本发明制备的beta-gamma TiAl合金由原子百分比为38%～43%的Al、2%～8%的X、0%～2%的A和余量的Ti制成，其中X是Mo或Mn元素，A是B或Y（钇）元素。

本发明beta-gamma TiAl合金的制备方法按下列步骤实现：一、按原子百分比38%～43%Al、2%～8%X、0%～2%A和余量的Ti，称取海绵钛、高纯铝、AlX中间合金和高纯A；二、将步骤一中称取的原料倒入水冷铜坩埚真空感应熔炼炉中，控制熔炼室真空度小于10^-2mbar，调节熔炼炉功率在20min内增加到350～400KW后停止增加功率，保温8～20min得到合金熔体；三、将金属铸型模具预热到200～500℃，得到预热后的金属铸型模具，然后再把合金熔体浇注到预热后的金属铸型模具中，在真空感应炉内冷却到室温，得到beta-gamma TiAl合金；

其中步骤一所述的X是Mo或Mn元素，A是B或Y（钇）元素，海绵钛质量纯度大于99.7%，高纯铝的质量纯度为99.9%，AlX中间合金的质量纯度大于99.5%，高纯A的质量纯度大于99.9%。

在高温下β相具有较好的变形能力，细小的γ相与β相具有较好的协调变形能力。本发明中的beta-gamma TiAl合金主要的相组成是在晶界处形成的β相和晶粒尺寸小于50μm的γ相，或者α₂+γ+β的片层晶团，且α₂相含量很低，因此由于α₂+γ片层晶团尺寸减小或者消失以及大量β相的出现，致使本发明得到的beta-gamma TiAl合金高温变形抗力较小，变形能力增加，包套锻造、轧制以及挤压都可以比较容易的进行，提高了TiAl合金的加工性能。

在1050～1250℃，以0.05s^-1～0.5s^-1的应变速率，采用近等温的包套锻造可以非常容易地锻造出大尺寸的TiAl合金锻坯，锻坯完好无损，内部组织细小均匀，锻后晶粒尺寸为5～10μm。包套锻造采取一次性大变形量变形，最终变形量可达80%，显示了beta-gammaTiAl合金良好的高温变形能力，主要应用于航空航天和汽车工业材料中。

附图说明

图1是具体实施方式四制备的beta-gamma TiAl合金的热变形组织SEM图；

图2是具体实施方式四制备的beta-gamma TiAl合金锻坯外观形貌照片；

图3是具体实施方式五制备的beta-gamma TiAl合金的热变形组织SEM图；

图4是具体实施方式五制备的beta-gamma TiAl合金锻坯外观形貌照片；

图5是具体实施方式五制备的beta-gamma TiAl合金板材外观形貌照片；

图6是具体实施方式七制备的beta-gamma TiAl合金锻坯外观形貌照片。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式beta-gamma TiAl合金由原子百分比为38%～43%的Al、2%～8%的X、0%～2%的A和余量的Ti制成，其中X是Mo或Mn元素，A是B或Y（钇）元素。

具体实施方式二：本实施方式beta-gamma TiAl合金由原子百分比为38.6%～40%的Al、2.5%～4%的X、0%～2%的A和余量的Ti制成，其中X是Mo或Mn元素，A是B或Y（钇）元素。

具体实施方式三：本实施方式beta-gamma TiAl合金的制备方法按下列步骤实施：

一、按原子百分比38%～43%Al、2%～8%X、0%～2%A和余量的Ti，称取海绵钛、高纯铝、AlX中间合金和高纯A；二、将步骤一中称取的原料倒入水冷铜坩埚真空感应熔炼炉中，控制熔炼室真空度小于10^-2mbar，调节熔炼炉功率在20min内增加到350～400KW后停止增加功率，保温8～20min得到合金熔体；三、将金属铸型模具预热到200～500℃，得到预热后的金属铸型模具，然后再把合金熔体浇注到预热后的金属铸型模具中，在真空感应炉内冷却到室温，得到beta-gamma TiAl合金；

本实施方式步骤一所用原料海绵钛、高纯铝、AlX中间合金和高纯A均为市售材料。

具体实施方式四：本实施方式得到beta-gamma TiAl合金的制备方法按下列步骤实施：

一、按原子百分比40%Al、3%Mo、0.2%Y（钇）和余量的Ti，称取海绵钛、高纯铝、AlMo中间合金和高纯Y（钇）；二、将步骤一中称取的原料倒入水冷铜坩埚真空感应熔炼炉中，控制熔炼室真空度为0.5×10^-2mbar，调节熔炼炉功率在20min内增加到380KW后停止增加功率，保温20min得到合金熔体；三、将金属铸型模具预热到300℃，得到预热后的金属铸型模具，然后再把合金熔体浇注到预热后的金属铸型模具中，在真空感应炉内冷却到室温，得到beta-gamma TiAl合金；

其中步骤一所述的海绵钛质量纯度为99.8%，高纯铝的质量纯度为99.9%，AlMo中间合金的质量纯度为99.8%，高纯Y（钇）的质量纯度为99.98%。

在900℃温度下均匀化热处理72小时后，使用具有加热和保温功能的5000T锻床以0.05s^-1的应变速率，在1050℃的温度下进行近等温包套锻造，一次变形量为80%。

本实施方式制备的beta-gamma TiAl合金的热变形组织SEM图如图1所示，可见晶粒尺寸为5～10μm。

本实施方式制备的beta-gamma TiAl合金的锻坯外观形貌照片如图2所示。

具体实施方式五：本实施方式beta-gamma TiAl合金的制备方法按下列步骤实施：

一、按原子百分比43%Al、6%Mo和余量的Ti，称取海绵钛、高纯铝和AlMo中间合金；二、将步骤一中称取的原料倒入水冷铜坩埚真空感应熔炼炉中，控制熔炼室真空度为0.5×10^-2mbar，调节熔炼炉功率在20min内增加到380KW后停止增加功率，保温20min得到合金熔体；三、将金属铸型模具预热到300℃，得到预热后的金属铸型模具，然后再把合金熔体浇注到预热后的金属铸型模具中，在真空感应炉内冷却到室温，得到beta-gamma TiAl合金；

其中步骤一所述的海绵钛质量纯度为99.8%，高纯铝的质量纯度为99.9%，AlMo中间合金的质量纯度为99.8%。

本实施方式制备的beta-gamma TiAl合金的热变形组织SEM图如图3所示，可见beta-gamma TiAl合金的热变形组织中的晶粒尺寸细小约为5～10μm。

本实施方式制备的beta-gamma TiAl合金的锻坯外观形貌照片如图4所示，可见beta-gamma TiAl合金的锻坯表面光滑，没有任何裂纹。

再对本实施方式近等温包套锻造后的beta-gamma TiAl合金在1150℃下进行近等温包套轧制，道次变形量为10%，轧制出的TiAl合金表面光洁，没有缺陷。本实施方式得到beta-gamma TiAl合金板材外观形貌如图5所示。

具体实施方式六：本实施方式beta-gamma TiAl合金的制备方与具体实施方式五不同的是步骤一按原子百分比40%Al、4%Mo、0.5%B和余量的Ti，称取海绵钛、高纯铝、AlMo中间合金和高纯B；其中海绵钛质量纯度为99.8%，高纯铝的质量纯度为99.9%，AlMo中间合金的质量纯度为99.8%，高纯B的质量纯度为99.98%。其它步骤与参数与具体实施方式五相同。

本实施方式中制备的beta-gamma TiAl合金在900℃温度下均匀化热处理72小时后，以0.05s^-1的应变速率，在1200℃下进行近等温包套挤压变形，挤压比为8:1，可见本实施方式制备得到的beta-gamma TiAl合金具有良好的变形能力。

具体实施方式七：本实施方式beta-gamma TiAl合金的制备方法按下列步骤实施：

一、按原子百分比40%Al、4.5%Mn和余量的Ti，称取海绵钛、高纯铝和AlMn中间合金；二、将步骤一称取的原料倒入水冷铜坩埚真空感应熔炼炉中，控制熔炼室真空度为0.5×10^-2mbar，调节熔炼炉功率在20min内增加到380KW后停止增加功率，保温20min得到合金熔体；三、将金属铸型模具预热到300℃，得到预热后的金属铸型模具，然后再把合金熔体浇注到预热后的金属铸型模具中，在真空感应炉内冷却到室温，得到beta-gamma TiAl合金；

其中步骤一所述的海绵钛质量纯度为99.8%，高纯铝的质量纯度为99.9%，AlMn中间合金的质量纯度为99.8%。

在900℃温度下均匀化热处理72小时后，使用具有加热和保温功能的5000T锻床以0.1s^-1的应变速率，在1150℃的温度下进行近等温包套锻造，一次变形量达到80%。

本实施方式制备的beta-gamma TiAl合金的锻坯外观形貌照片如图6所示，可见beta-gamma TiAl合金的锻坯表面光滑，没有任何裂纹。

Claims

1.一种beta-gamma TiAl合金，其特征在于beta-gamma TiAl合金由原子百分比为38%～43%的Al、2%～8%的X、0%～2%的A和余量的Ti制成，其中X是Mo或Mn元素，A是B或Y元素。

2.根据权利要求1所述的一种beta-gamma TiAl合金，其特征在于beta-gamma TiAl合金由原子百分比为38.6%～40%的Al、2.5%～4%的X、0%～2%的A和余量的Ti制成，其中X是Mo或Mn元素，A是B或Y元素。

3.如权利要求1所述的一种beta-gamma TiAl合金的制备方法，其特征在于beta-gammaTiAl合金的制备方法按下列步骤实现：

其中步骤一所述的X是Mo或Mn元素，A是B或Y元素，海绵钛质量纯度大于99.7%，高纯铝的质量纯度为99.9%，AlX中间合金的质量纯度大于99.5%，高纯A的质量纯度大于99.9%。