CN105648376A - 一种高性能Ti2AlNb粉末合金的热处理工艺 - Google Patents

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王庆相
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赵霄昊
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Abstract

一种高性能Ti2AlNb粉末合金的热处理工艺，包括以下步骤：1）使用等离子旋转电极制粉设备，在惰性气体保护条件下将熔铸Ti2AlNb合金棒制成球形粉末；2）对Ti2AlNb合金粉末进行包套热等静压成型；3）对热等静压Ti2AlNb粉末合金进行固溶+两级时效的热处理，该方法制得的Ti2AlNb粉末合金具有优异的室温和高温力学性能以及优异的持久寿命，且高温环境下性能稳定。

Description

一种高性能Ti2AlNb粉末合金的热处理工艺
技术领域
本发明属于轻质高强钛铝金属间化合物粉末合金的热处理技术领域，具体涉及一种高性能Ti2AlNb粉末合金的热处理工艺。
背景技术
Ti2AlNb是以有序正交结构O相为基础的金属间化合物合金，成分通常在Ti-(18-30)Al-(12.5-30)Nb范围，并含有少量的Mo、V和Ta等合金元素。由于长程有序的超点阵结构减弱了位错运动和高温扩散，因而该合金不仅具有较高的比强度、比刚度，还有高温蠕变抗力、断裂韧性高、抗氧化性好、热膨胀系数低等特点，因此已经成为最具潜力的新型航空航天用轻质高温结构材料。
Ti2AlNb合金化程度高,在熔炼过程中易出现宏观成分偏析,在凝固过程中易出现缩孔、疏松等铸造缺陷,室温塑性低且离散度大。目前制备Ti2AlNb合金构件的主要方法为铸锭热变形+机加工的方法，锻造遗传组织分布不均匀易导致后续机加工产生裂纹。采用粉末热等静压工艺能够解决熔铸Ti2AlNb合金宏观成分偏析、微观组织不均匀以及难加工等问题，突破了铸锭尺寸和热变形设备的局限对变形Ti2AlNb合金形状及尺寸的限制,可以成型大尺寸复杂构件，且成分均匀，组织细小，致密化程度高，性能一致性好。然而热等静压态的Ti2AlNb合金室温塑性差，高温强度低，需要进行热处理来改善高温使用环境下的综合力学性能。然而常规热处理工艺（如固溶或固溶+时效）获得的Ti2AlNb合金面临着高温环境下不稳定或高温塑性差等问题，本发明采用固溶+二级时效的热处理工艺能够解决当前Ti2AlNb合金在高温环境使用中面临的问题。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高性能Ti2AlNb粉末合金的热处理工艺，解决了常规工艺面临的Ti2AlNb合金在高温环境下不稳定且塑性差等问题，获得的Ti2AlNb合金具有优异的室温和高温力学性能以及优异的持久寿命，且高温环境下性能稳定，能够满足航空航天领域的应用要求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高性能Ti2AlNb粉末合金的成型工艺，包括以下步骤：
1）使用等离子旋转电极制粉设备，在惰性气体保护条件下将熔铸Ti2AlNb合金棒制成球形粉末；
2）将步骤1）制备的球形粉末装入包套并振实，除气后进行热等静压成型；
3）对步骤2）制备的热等静压粉末合金进行固溶和两级时效的热处理，固溶工艺为：温度800-1200℃，时间0-10小时；第一级时效工艺为：温度750-950℃，时间：2-24h；第二级时效工艺为：温度650-850℃，时间8-48h；制得Ti2AlNb粉末合金。
该方法制得的Ti2AlNb粉末合金具有优异的室温和高温综合力学性能以及优异的持久寿命，且高温环境下性能稳定。
所述的Ti2AlNb粉末合金，室温性能：屈服强度大于900MPa，抗拉强度大于1000MPa，断后伸长率大于15%；高温性能：屈服强度大于700MPa，抗拉强度大于800MPa，断后伸长率大于14%，持久寿命大于85h。
本发明的有益效果在于：
针对粉末热等静压Ti2AlNb合金，经过固溶+二级时效的热处理工艺，获得的Ti2AlNb合金具有优异的室温和高温力学性能以及优异的持久寿命，且高温环境下性能稳定，其成型件能够满足航空航天领域的应用需求。
使用本方法对粉末热等静压Ti2AlNb合金进行热处理，获得的Ti2AlNb合金，室温性能：屈服强度大于900MPa，抗拉强度大于1000MPa，断后伸长率大于15%，高温性能：屈服强度大于700MPa，抗拉强度大于800MPa，断后伸长率大于14%，持久寿命大于85h。
附图说明
图1为常规热处理工艺获得的Ti2AlNb粉末合金微观组织照片。
图2为本发明热处理工艺获得Ti2AlNb粉末合金微观组织照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
一种高性能Ti2AlNb粉末合金的热处理工艺，包括以下步骤：
1）使用等离子旋转电极制粉设备，在惰性气体保护条件下将熔铸Ti2AlNb合金棒制成球形粉末；
2）将Ti2AlNb球形粉末装入包套并振实，除气后进行热等静压成型；
3）对热等静压Ti2AlNb粉末合金进行固溶+两级时效的热处理，固溶工艺为980℃/1h/OC，第一级时效工艺为900℃/8h/FC，炉冷至830℃后直接进行第二级时效，其工艺为830℃/16h/FC。
该方法制得的Ti2AlNb粉末合金具有优异的室温和高温综合力学性能以及优异的持久寿命，且高温环境下性能稳定。
所述的Ti2AlNb粉末合金，室温性能：屈服强度910MPa，抗拉强度1024MPa，断后伸长率16%；高温性能：屈服强度大于705MPa，抗拉强度大于811MPa，断后伸长率15%，持久寿命91h。
实施例2
一种高性能Ti2AlNb粉末合金的热处理工艺，包括以下步骤：
1）使用等离子旋转电极制粉设备，在惰性气体保护条件下将熔铸Ti2AlNb合金棒制成球形粉末；
2）将Ti2AlNb球形粉末装入包套并振实，除气后进行热等静压成型；
3）对热等静压Ti2AlNb粉末合金进行固溶+两级时效的热处理，固溶工艺为1020℃/2h/AC，第一级时效工艺为880℃/6h/FC，炉冷至800℃后直接进行第二级时效，其工艺为800℃/20h/FC；
该方法制得的Ti2AlNb粉末合金具有优异的室温和高温综合力学性能以及优异的持久寿命，且高温环境下性能稳定。
所述的Ti2AlNb粉末合金，室温性能：屈服强度1089MPa，抗拉强度1151MPa，断后伸长率15%；高温性能：屈服强度789MPa，抗拉强度933MPa，断后伸长率14%，持久寿命89h。
常规热处理工艺和本发明所述热处理工艺获得的Ti2AlNb合金微观组织如附图1和附图2所示，从微观组织能看出，本发明相比常规热处理工艺制备的Ti2AlNb合金，析出相数量相对较少，析出相尺寸相对较大，由于B2相基体为塑性相，主要析出相O相为强度相，因此本发明获得的Ti2AlNb合金塑性更好，且高温性能更稳定，能够满足航空航天领域的应用需求。

Claims (1)

1.一种高性能Ti2AlNb粉末合金的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）使用等离子旋转电极制粉设备，在惰性气体保护条件下将熔铸Ti2AlNb合金棒制成球形粉末；
2）将步骤1）制备的球形粉末装入包套并振实，除气后进行热等静压成型；
3）对步骤2）制备的热等静压粉末合金进行固溶和两级时效的热处理，固溶工艺为：温度800-1200℃，时间0-10小时；第一级时效工艺为：温度750-950℃，时间：2-24h；第二级时效工艺为：温度650-850℃，时间8-48h；制得Ti2AlNb粉末合金。
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