CN108385046B - 一种TiAl-V合金的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于合金材料热处理技术领域，具体涉及一种TiAl‑V合金的热处理方法，所述TiAl‑V合金为合金成分范围Ti‑(38‑45)Al‑(5‑20)V–X的高V‑TiAl合金，其中X为其他微量元素，所述热处理方法包括固溶处理、冷却、回火步骤，其中固溶处理方法为将高V‑TiAl合金加热至β单相区，保温5‑30min，以获得单一β组织。通过本发明热处理方法，可以使高V‑TiAl合金的室温强度大幅度提高，同时显著改善塑性。

Description

一种TiAl-V合金的热处理方法
技术领域
本发明属于合金材料热处理技术领域，具体涉及一种TiAl-V合金的热处理方法。
背景技术
TiAl基金属间化合物具有低密度，高比强度/比刚度、良好的抗氧化和抗蠕变性能等一系列优异性能，是目前镍基高温合金使用温度下限、高温钛合金使用温度上限之间唯一候选的轻质耐热结构材料，可用于制备航空及汽车发动机的热端部件，从而达到减重、节能、减排的目的。目前TiAl合金已成功用于制备GEnx系列引擎及PW1100G引擎的低压涡轮叶片。
传统的铸造用包晶凝固TiAl合金，其相变路径大致为L→L+β→α→α2+γ。作为一种β凝固TiAl合金，高V-TiAl合金的相变路径大致为L→L+β→β→β+α→α→α2+γ。为了提高TiAl合金的综合性能，无论是包晶凝固还是β凝固TiAl合金，目前的热处理工艺主要有两种思路，一种是通过在α单相区保温，在随后的冷却过程中发生α→α2+γ共析转变，以获得片层组织。然而，片层组织虽然强度较高，但塑性较差。例如，片层组织Ti-42Al-10V合金的强度可达到1260MPa，但延伸率仅有0.35％。另外一种是较低温度下处理以获得双态或等轴组织。这种组织虽然延伸率较高，但强度很低。例如Ti-43Al-9V-Y合金轧制板材的延伸率大约为1％，但室温强度仅有510MPa。
发明内容
本发明提供了一种TiAl-V合金的热处理方法，其主要针对具有马氏体转变的高V-TiAl合金(Ti-(38-45)Al-(5-20)V，at.％)，通过该热处理方法，可以使高V-TiAl合金的室温强度大幅度提高，同时显著改善塑性。其技术方案如下：
一种TiAl-V合金的热处理方法，所述TiAl-V合金为合金成分范围Ti-(38-45)Al-(5-20)V–X的高V-TiAl合金，其中X为其他微量元素，所述热处理方法包括固溶处理、冷却、回火步骤，其中固溶处理方法为将高V-TiAl合金加热至β单相区，保温5-30min，以获得单一β组织。
优选的，所述冷却方式为油淬，具体的为将固溶后的合金快速油冷至室温。在该过程中，高V-TiAl合金发生β→α2′马氏体转变，获得片状α2′马氏体及残留β基体。
优选的，所述回火方法为，将合金加热至700-1100℃，保温1-5h，然后空冷至室温。在保温过程中，马氏体发生α2′→γ分解，形成细小弥散的γ片层。
经过上述方法制备的TiAl-V合金的抗拉强度达1240MPa以上，延伸率大于1％。
采用上述方案，本发明具有以下优点：
(1)针对普通热处理难以同时兼顾高V-TiAl合金强度-塑性这一问题，本发明提出了一种全新的的热处理工艺理念和方法。即基于高V-TiAl合金较高的淬透性，采用类似调质处理(淬火→回火)的工艺方法对其显微组织进行调控，从而达到同时提高强度-塑性的目的。通过本发明热处理方法，可以使高V-TiAl合金的室温强度大幅度提高，同时显著改善塑性；
(2)经本发明热处理后，高V-TiAl合金中形成特殊的(β+γ)组织，即细小弥散的γ片层分布在β基体中，而α2相的含量很少，突破传统的以获得(α2+γ)片层为目的的热处理方法，获得了一种(β+γ)组织，而该组织具有优异的力学性能。
具体实施方式
以下实施例中的实验方法如无特殊规定，均为常规方法，所涉及的实验试剂及材料如无特殊规定均为常规生化试剂和材料。
实施例1
通过真空自耗熔炼+感应悬浮熔炼制备出
Figure GDA0002721202420000031
的高V-TiAl合金铸锭。然后进行热等静压以消除铸造疏松和缩孔。其实际成分为Ti-38.9Al-9.6V(at.％)。
在铸锭上切取五个试棒
Figure GDA0002721202420000032
加热至β单相区(1300℃)，保温15min，油淬至室温。然后加热至1000℃保温1h，空冷至室温。
为了验证本发明的效果，在实施例1中的试棒上加工出拉伸试样进行力学性能测试。测试结果表明，合金的抗拉强度高达1260MPa以上，延伸率为1-2％。
实施例2
通过真空自耗熔炼+感应悬浮熔炼制备出
Figure GDA0002721202420000033
的高V-TiAl合金铸锭。然后进行热等静压以消除铸造疏松和缩孔。其实际成分为Ti-42.3Al-12.4V-0.05B(at.％)。
在铸锭上切取五个试棒
Figure GDA0002721202420000034
加热至β单相区(1350℃)，保温20min，油淬至室温。然后加热至900℃保温1.5h，空冷至室温。
为了验证本发明的效果，在实施例2中的试棒上加工出拉伸试样进行力学性能测试。测试结果表明，合金的延伸率大于1.5％，抗拉强度为1240MPa以上。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种TiAl-V合金的热处理方法，其特征在于：所述TiAl-V合金为通过真空自耗熔炼和感应悬浮熔炼制备出的高V-TiAl合金铸锭，然后进行热等静压以消除铸造疏松和缩孔，所述高V-TiAl合金的合金成分为Ti-38.9Al-9.6V(at.％)或Ti-42.3Al-12.4V-0.05B(at.％)，所述热处理方法包括固溶处理、冷却、回火步骤，其中固溶处理方法为将高V-TiAl合金加热至β单相区，保温5-30min，以获得单一β组织，冷却方式为油淬，回火方法为，将合金加热至700-1100℃，保温1-5h，然后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的TiAl-V合金的热处理方法，其特征在于：所述冷却方式具体的为将固溶后的合金快速油冷至室温。
3.根据权利要求1所述的TiAl-V合金的热处理方法，其特征在于：该方法制备的TiAl-V合金的抗拉强度为1240MPa以上，延伸率大于1％。
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