CN104152823A - 一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法 - Google Patents
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Abstract
一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法，它涉及一种改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法。本发明是要解决现有Ti2AlNb基合金相变温度高、相组成难以控制、组织均匀程度难以控制和热加工困难的问题。方法：一、充氢处理；二、加热处理；三、除氢处理。本发明用于改善Ti2AlNb基合金组织。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法。
背景技术
随着宇航技术的发展，航天器的运行速度不断提高，有效载荷/结构质量也要求不断增大，高性能金属材料也在快速发展，Ti2AlNb基合金具有高的比强度、比刚度以及良好的高温蠕变性能和抗氧化性能，而成为研究热点。Ti2AlNb基合金以O相为基础，由O相、B2相和α2相组成，其中O相为强韧相，B2为塑性相，α2相为脆性相。对于Ti-22Al-25Nb合金，从低温加热到高温过程中，发生O→α2+B2+O→α2+B2相变。材料的内部显微组织决定其外在的加工性能和使用性能，因此，当合金处于服役状态时，为了保证具有优良的强度和韧性，希望合金为O相组织；而合金在热成形过程中，为了易于加工且保证成形后合金具有优良的组织性能，则希望合金在塑性优良、利于加工的B2+α2两相区进行。但是Ti2AlNb基合金是难成形合金，合金α2+B2+O→α2+B2相变点为1020℃，成形温度高、塑性差，如何通过改善合金内部微观组织达到改善其热加工性能是推进Ti2AlNb基合金使用进程的重要方法。
发明内容
本发明是要解决现有Ti2AlNb基合金相变温度高、相组成难以控制、组织均匀程度难以控制和热加工困难的问题，而提供一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法。
本发明一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法是按以下步骤进行：
一、充氢处理：将Ti2AlNb基合金采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗3～5次，然后放置于管式置氢炉内，将管式置氢炉内抽真空至绝对压力为1×10-3Pa，再充入高纯的氩气至管式置氢炉内相对压力为-0.04MPa～-0.02MPa，然后在温度为700℃～800℃的条件下，通入氢气，其分压为0.05MPa～0.15MPa，保温2h～4h，然后将管式置氢炉内的温度以10℃/min的速度降低到室温后，最终得到置氢Ti2AlNb基合金坯料A；所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.1％～1％；
二、加热处理：将步骤一得到的置氢Ti2AlNb基合金坯料A在温度为930℃～1000℃的条件下保温至坯料热透，保温后在空气中冷却至室温，得到置氢Ti2AlNb基合金坯料B；
三、除氢处理：将步骤二得到的置氢Ti2AlNb基合金坯料B置于真空热处理炉内，在温度为700℃～800℃的条件下保温4h～6h，随炉冷却至室温，得到改善后的Ti2AlNb基合金。
本发明的有益效果是：
本发明将氢作为临时合金元素，通过在高温下增加外界氢压，使氢渗入到Ti2AlNb基合金内，基于氢是体心立方结构B2相稳定元素和氢致弱键从而促进原子扩散机理，实现置氢改善Ti2AlNb基合金组织结构，提高Ti2AlNb基合金组织均匀性的目的。本发明不仅降低了Ti2AlNb基合金相转变温度，同时使α2相呈长条状均匀分布于晶界处，获得均匀的组织。
附图说明
图1为实施例二所得改善后的Ti2AlNb基合金的BSEM组织图；图2为实施例三所得改善后的Ti2AlNb基合金的BSEM组织图；图3为实施例四所得未置氢Ti2AlNb基合金的BSEM组织图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法是按以下步骤进行：
一、充氢处理：将Ti2AlNb基合金采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗3～5次，然后放置于管式置氢炉内，将管式置氢炉内抽真空至绝对压力为1×10-3Pa，再充入高纯的氩气至管式置氢炉内相对压力为-0.04MPa～-0.02MPa，然后在温度为700℃～800℃的条件下，通入氢气，其分压为0.05MPa～0.15MPa，保温2h～4h，然后将管式置氢炉内的温度以10℃/min的速度降低到室温后，最终得到置氢Ti2AlNb基合金坯料A；所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.1％～1％；
二、加热处理：将步骤一得到的置氢Ti2AlNb基合金坯料A在温度为930℃～1000℃的条件下保温至坯料热透，保温后在空气中冷却至室温，得到置氢Ti2AlNb基合金坯料B；
三、除氢处理：将步骤二得到的置氢Ti2AlNb基合金坯料B置于真空热处理炉内，在温度为700℃～800℃的条件下保温4h～6h，随炉冷却至室温，得到改善后的Ti2AlNb基合金。
本实施方式步骤一中所述管式置氢炉为北京航空制造工程研究所自行研制的管式置氢炉。
本实施方式将氢作为临时合金元素，通过在高温下增加外界氢压，使氢渗入到Ti2AlNb基合金内，基于氢是体心立方结构B2相稳定元素和氢致弱键从而促进原子扩散机理，实现置氢改善Ti2AlNb基合金组织结构，提高Ti2AlNb基合金组织均匀性的目的。本实施方式不仅降低了Ti2AlNb基合金相转变温度，同时使α2相呈长条状均匀分布于晶界处，获得均匀的组织。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.2％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.3％。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.4％。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.5％。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.6％。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.7％。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤一中所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.8％。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二中将步骤一得到的置氢Ti2AlNb基合金坯料A在温度为960℃的条件下保温至坯料热透。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤二中将步骤一得到的置氢Ti2AlNb基合金坯料A在温度为990℃的条件下保温至坯料热透。其它与具体实施方式一至九之一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法是按以下步骤进行：
一、充氢处理：将Ti2AlNb基合金采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗4次，然后放置于管式置氢炉内，将管式置氢炉内抽真空至绝对压力为1×10-3Pa，再充入高纯的氩气至管式置氢炉内相对压力为-0.02MPa，然后在温度为700℃的条件下，通入氢气，其分压为0.09MPa，保温2h，然后将管式置氢炉内的温度以10℃/min的速度降低到室温后，最终得到置氢Ti2AlNb基合金坯料A；所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.2％；
二、加热处理：将步骤一得到的置氢Ti2AlNb基合金坯料A在温度为930℃的条件下保温至坯料热透，保温后在空气中冷却至室温，得到置氢Ti2AlNb基合金坯料B；
三、除氢处理：将步骤二得到的置氢Ti2AlNb基合金坯料B置于真空热处理炉内，在温度为700℃的条件下保温6h，随炉冷却至室温，得到改善后的Ti2AlNb基合金。
本实施例所得改善后的Ti2AlNb基合金与未置氢合金不同，α2相颗粒不仅仅在晶界处大量析出，而是在晶界和晶内同时大量析出，均匀分布于基体上。
实施例二：一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法是按以下步骤进行：
一、充氢处理：将Ti2AlNb基合金采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗4次，然后放置于管式置氢炉内，将管式置氢炉内抽真空至绝对压力为1×10-3Pa，再充入高纯的氩气至管式置氢炉内相对压力为-0.02MPa，然后在温度为700℃的条件下，通入氢气，其分压为0.09MPa，保温2h，然后将管式置氢炉内的温度以10℃/min的速度降低到室温后，最终得到置氢Ti2AlNb基合金坯料A；所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.2％；
二、加热处理：将步骤一得到的置氢Ti2AlNb基合金坯料A在温度为960℃的条件下保温至坯料热透，保温后在空气中冷却至室温，得到置氢Ti2AlNb基合金坯料B；
三、除氢处理：将步骤二得到的置氢Ti2AlNb基合金坯料B置于真空热处理炉内，在温度为700℃的条件下保温6h，随炉冷却至室温，得到改善后的Ti2AlNb基合金。
本实施例所得改善后的Ti2AlNb基合金中晶界处的颗粒状α2相聚合长大形成长条状，均匀分布于相变重结晶形成的小晶粒晶界处，分布均匀，而未置氢合金中α2相颗粒则沿着原有大晶粒晶界析出。
实施例三：一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法是按以下步骤进行：
一、充氢处理：将Ti2AlNb基合金采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗4次，然后放置于管式置氢炉内，将管式置氢炉内抽真空至绝对压力为1×10-3Pa，再充入高纯的氩气至管式置氢炉内相对压力为-0.02MPa，然后在温度为700℃的条件下，通入氢气，其分压为0.09MPa，保温2h，然后将管式置氢炉内的温度以10℃/min的速度降低到室温后，最终得到置氢Ti2AlNb基合金坯料A；所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.2％；
二、加热处理：将步骤一得到的置氢Ti2AlNb基合金坯料A在温度为990℃的条件下保温至坯料热透，保温后在空气中冷却至室温，得到置氢Ti2AlNb基合金坯料B；
三、除氢处理：将步骤二得到的置氢Ti2AlNb基合金坯料B置于真空热处理炉内，在温度为700℃的条件下保温6h，随炉冷却至室温，得到改善后的Ti2AlNb基合金。
实施例四：一种改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法是按以下步骤进行：
一、将Ti2AlNb基合金表面采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗4次，然后放置于真空炉内，将真空炉内抽真空至绝对压力为1×10-3Pa，再充入高纯的氩气至真空炉内相对压力为-0.02MPa，然后在温度为700℃的条件下保温2h，随炉冷却至室温，最终得到Ti2AlNb基合金坯料A；
二、加热处理：将步骤一得到的Ti2AlNb基合金坯料A在温度为990℃的条件下保温至坯料热透，保温后在空气中冷却至室温，得Ti2AlNb基合金坯料B；
三、除氢处理：将步骤二得到的Ti2AlNb基合金坯料B置于真空热处理炉内，在温度为700℃的条件下保温6h，随炉冷却至室温，得到未置氢Ti2AlNb基合金。
图1为实施例二所得改善后的Ti2AlNb基合金的BSEM组织图；图2为实施例三所得改善后的Ti2AlNb基合金的BSEM组织图；图3为实施例四所得未置氢Ti2AlNb基合金的BSEM组织图，从图1、图2和图3可以看出，改善后的Ti2AlNb基合金在960℃和990℃下保温10min后，晶界处的颗粒状α2相聚合长大形成长条状，均匀分布于相变重结晶形成的小晶粒晶界处，分布均匀；而未置氢Ti2AlNb基合金在990℃下保温10min后，α2相颗粒则沿着原有大晶粒晶界析出。这说明，通过置氢降低了Ti2AlNb基合金的α2+B2+O→α2+B2相变温度，加速α2相的析出，同时加速了O相向B2相的转变，同时使α2相呈长条状均匀分布于晶界处，达到改善合金组织性能的目的。
Claims (10)
1.一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法，其特征在于置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法是按以下步骤进行：
一、充氢处理：将Ti2AlNb基合金采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗3～5次，然后放置于管式置氢炉内，将管式置氢炉内抽真空至绝对压力为1×10-3Pa，再充入高纯的氩气至管式置氢炉内相对压力为-0.04MPa～-0.02MPa，然后在温度为700℃～800℃的条件下，通入氢气，其分压为0.05MPa～0.15MPa，保温2h～4h，然后将管式置氢炉内的温度以10℃/min的速度降低到室温后，最终得到置氢Ti2AlNb基合金坯料A；所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.1％～1％；
二、加热处理：将步骤一得到的置氢Ti2AlNb基合金坯料A在温度为930℃～1000℃的条件下保温至坯料热透，保温后在空气中冷却至室温，得到置氢Ti2AlNb基合金坯料B；
三、除氢处理：将步骤二得到的置氢Ti2AlNb基合金坯料B置于真空热处理炉内，在温度为700℃～800℃的条件下保温4h～6h，随炉冷却至室温，得到改善后的Ti2AlNb基合金。
2.根据权利要求1所述的一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法，其特征在于步骤一中所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.2％。
3.根据权利要求1所述的一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法，其特征在于步骤一中所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.3％。
4.根据权利要求1所述的一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法，其特征在于步骤一中所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.4％。
5.根据权利要求1所述的一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法，其特征在于步骤一中所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.5％。
6.根据权利要求1所述的一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法，其特征在于步骤一中所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.6％。
7.根据权利要求1所述的一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法，其特征在于步骤一中所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.7％。
8.根据权利要求1所述的一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法，其特征在于步骤一中所述置氢Ti2AlNb基合金坯料A中氢原子的质量百分比为0.8％。
9.根据权利要求1所述的一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法，其特征在于步骤二中将步骤一得到的置氢Ti2AlNb基合金坯料A在温度为960℃的条件下保温至坯料热透。
10.根据权利要求1所述的一种置氢改善Ti2AlNb基合金微观组织的方法，其特征在于步骤二中将步骤一得到的置氢Ti2AlNb基合金坯料A在温度为990℃的条件下保温至坯料热透。
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