CN105543735A - 一种消除铸造高Nb-TiAl合金中β/B2相的方法 - Google Patents

一种消除铸造高Nb-TiAl合金中β/B2相的方法 Download PDF

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Abstract

一种消除铸造高Nb-TiAl合金中β/B2相的方法，属于β/B2相分解技术领域。本发明包括以下步骤：将含β/B2相的铸态高Nb-TiAl基合金放入热等静压炉中，施加150-200MPa的压力，升温至1250-1320℃((α+γ)两相区的中上部)，保温4-6个小时后随炉冷却，使合金晶界处块状的β/B2相分解，得到全片层或近片层组织。本发明的特点是热等静压致密化铸锭合金的同时调控显微组织，效率更高，而且避免了一般热处理消除β/B2相过程中在晶界形成块α2相。本发明用于铸造高Nb-TiAl合金的组织调控。

Description

一种消除铸造高Nb-TiAl合金中β/B2相的方法
技术领域
本发明涉及一种分解高Nb-TiAl合金中β/B2相的方法，属于β/B2相分解技术领域。
背景技术
高Nb-TiAl合金具有高比强度，高比刚度，高温抗氧化性，抗蠕变性以及密度低等优点，是下一代高温合金的候选材料。精密铸造技术具有合金化程度高、工艺和设备较简单、成本低和容易得到复杂形状、容易实现产业化等优点，成为制作汽车和飞机等行业用TiAl合金构件的最可能的方法。目前，对TiAl合金的研究已经进入到实际工程应用阶段，发展TiAl合金精密铸造技术对于加快TiAl合金的实用化进程具有重要意义。但由于铸件内部存在大量的缩孔、疏松、成分偏析，因而在性能方面一般不如变形合金制件。热等静压(HotIsostaticPressing，简称HIP)技术的出现，为消除铸件内的疏松、缩孔创造了条件。热等静压工艺是将制品放置到密闭的容器中，以氦气、氩气等惰性气体为传压介质向制品施加各向同等的压力，同时施以高温，在高温高压的作用下，制品得以烧结和致密化。通过热等静压处理后，铸件可以达到100％致密化，提高铸件的整体力学性能。以往的研究只利用了热等静压进行铸锭致密化的功能，而显微组织一般通过热处理(HeatTreatment，简称HT)进行调控。而最近的研究结果表明，热等静压过程的100-200MPa的压力足以影响合金的相平衡，进而影响处理后合金的力学性能。
高Nb-TiAl合金中因固溶了大量的β相稳定元素，在其铸锭的室温组织中保留了大量的块状β/B2相。位于晶界处的有序β/B2相不利于高Nb-TiAl合金力学性能的提高，室温下变形过程中常常成为裂纹萌生的源头，有必要采用一定的处理消除这种脆性相。目前分解高Nb-TiAl合金中β/B2相的方法是采用在α+γ两相区或者α转变温度以上热处理，在α+γ两相区一般处理较长时间β/B2相才可以显著减少或消除。因此采用一种高效的方法进行组织控制，消除β/B2相对提高铸态高Nb-TiAl合金的力学性能很有必要。
发明内容
本发明的目的在于针对铸态高Nb-TiAl基合金，通过热等静压技术减少或消除在晶界处存在的β/B2相，优化合金的显微组织，进而提高合金的力学性能。提供一种既能致密化高Nb-TiAl合金铸锭又能分解脆性的β/B2相，从而优化铸态高Nb-TiAl合金组织性能的方法。
本发明一种消除铸造高Nb-TiAl合金中β/B2相的方法，其特征在于，采用热等静压的方法消除铸造高Nb-TiAl合金中β/B2相。所采用的温度位于(α+γ)两相区的中上部的1250-1320℃。
具体步骤：所述含β/B2相的高Nb-TiAl铸锭试样的成分为：(摩尔百分比at％)Al：44～46％、Nb：6-10％、β稳定元素(Cr，V，W，Mn中的一种或两种的混合)：0.1～2％、微合金化元素(B，Y的一种或两种的混合)：0.1-1％以及余量的Ti。
第一步，试样放入热等静压设备中并抽真空至10-20Pa，随后采用高纯氩气洗炉三次；
第二步，一边升温一边加压，达到设定温度1250-1320℃和压力150-200MPa之后保温保压2-6小时后随炉冷却，当温度低于200℃时放气，取出试样，β/B2相得到消除。
热等静压处理后随炉冷却的降温速度为40-50℃/min。热等静压处理过程中当温度和压力为1250℃、200MPa时保温高压的时间为4h。
本发明的优点为：
给出了消除β/B2相的消除方法，本发明中的合金铸锭直接通过热等静压处理得到致密的、无晶界β/B2相的均匀的近片层组织。无需经过后续的热处理及热加工过程，生产效率更高，降低了铸态合金应用前的加工成本，使合金晶界处块状的β/B2相分解，得到全片层或近片层组织，热等静压致密化铸锭合金的同时调控显微组织，效率更高，而且避免了一般热处理消除β/B2相过程中在晶界形成块α2相。
附图说明
图1为铸态高Nb-TiAl合金铸锭的背散射组织形貌；
图2为铸态高Nb-TiAl合金在普通热处理炉中1250℃热处理4h后炉冷得到的背散射组织形貌；
图3为铸态高Nb-TiAl合金1250℃/200MPa/4h热等静压处理后炉冷得到的组织背散射照片；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
一、按成分配比，分别称取海绵钛(纯度99.7wt％)、高纯铝(纯度99.99wt％)、铝铌中间合金、铝钨铌中间合金、铝钒中间合金、电解铬(纯度99.99wt％)、电解锰(纯度99.99wt％)、铝钇中间合金，Al-Ti-B中间合金等；原料均为市售产品。
二、将步骤一称取的原料按自下而上的顺序分别放置海绵钛、高纯铝块、铝铌中间合金、铝钨铌中间合金、铝钒中间合金、电解铬、电解锰、铝钇中间合金，Al-Ti-B中间合金、高纯铝块和海绵钛到熔炼坩埚中，浇铸用的金属型模具预热到300-400℃，抽真空至6.0×10-3～9×10-3Pa，以50-80kW功率对原料加热除气，再充入惰性气体氩气至-0.08MPa至-0.07MPa，熔炼功率为150-170kW，时间1-2min。待熔炼结束后，翻转坩埚中的铸锭反复熔炼3次后再浇铸，使得合金的成分均匀且含有β/B2相，见图1，上述含β/B2相的合金铸锭的成分：(摩尔百分比at％)Al：44～46％、Nb：6-10％、β稳定元素(Cr，W两种的混合)：0.1～2％、微合金化元素(B，Y两种的混合)：0.1-1％以及余量的Ti。
三，试样放入热等静压设备中并抽真空至10-20Pa，随后采用高纯氩气洗炉三次；
四，一边升温一边加压，达到设定温度(1250-1320℃)和压力(150-200MPa)之后保温保压2-6小时后随炉冷却，当温度低于200℃时放气，取出试样，β/B2相得到消除。热等静压处理后随炉冷却的降温速度为40-50℃/min。
其中图2为所得铸态高Nb-TiAl合金在普通热处理炉中1250℃热处理4h未进行加压后炉冷得到的背散射组织形貌，没有减除β/B2相；
图3为所得铸态高Nb-TiAl合金采用本发明的1250℃/200MPa/4h热等静压处理后炉冷得到的组织背散射照片。
从附图对比，可以看出热等静压能够减除β/B2相。

Claims (6)

1.一种消除铸造高Nb-TiAl合金中β/B2相的方法，其特征在于，采用热等静压的方法消除铸造高Nb-TiAl合金中β/B2相。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，含β/B2相的高Nb-TiAl铸锭试样的成分为：摩尔百分比at％，Al：44～46％、Nb：6-10％、β稳定元素：0.1～2％、微合金化元素：0.1-1％以及余量的Ti。β稳定元素为Cr、V、W、Mn中的一种或两种的混合，微合金化元素为B、Y的一种或两种的混合。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，热等静压采用的温度位于(α+γ)两相区的中上部的1250-1320℃。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于，具体步骤包括如下：
第一步，试样放入热等静压设备中并抽真空至10-20Pa，随后采用高纯氩气洗炉三次；
第二步，一边升温一边加压，达到设定温度1250-1320℃和压力150-200MPa之后保温保压2-6小时后随炉冷却，当温度低于200℃时放气，取出试样，β/B2相得到消除。
5.按照权利要求4的方法，其特征在于，热等静压处理后随炉冷却的降温速度为40-50℃/min。
6.按照权利要求4的方法，其特征在于，热等静压处理过程中当温度和压力为1250℃、200MPa时保温高压的时间为4h。
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