CN109266981B - 一种铸造合金或金属基复合材料的中温、高压、快速致密化方法 - Google Patents

一种铸造合金或金属基复合材料的中温、高压、快速致密化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铸造合金或金属基复合材料的中温、高压、快速致密化方法，属于材料热处理领域，目的在于解决在铸造高温合金中，出现的气孔类缺陷较为突出，严重影响合金的使用可靠性和铸件的成品率，以及金属基复合材料中陶瓷与金属界面处容易产生孔洞等缺陷，极大的降低了复合材料的力学性能的问题。本申请以铸造合金或金属基复合材料为原料，采用热等静压技术，在合金或基体材料的0.5Tm~0.8Tm温度范围内进行中温、高压、快速热等静压处理，以实现材料的快速致密化，抑制其晶粒长大，从而获得晶粒细小、致密度高、力学性能优异的材料。该致密化方法不受材料的形状限制，可用于较大尺寸、复杂形状的材料的致密化处理。

Description

一种铸造合金或金属基复合材料的中温、高压、快速致密化 方法
技术领域
本发明涉及材料热处理领域，具体为一种铸造合金或金属基复合材料的中温、高压、快速致密化方法。更具体地，本发明提供一种中温高压材料致密化方法，该方法能用于铸造合金或金属基复合材料中，具有快速致密化的优点，可用于较大尺寸、复杂形状的材料的致密化处理。
背景技术
铸造高温合金因具有高温强度好等特点，在国防、航空航天及民用等领域均有广泛的应用。但铸件一般都具有不同程度的气孔、显微缩松等缺陷，特别是凝固温度范围较宽的合金铸件，在凝固过程中容易形成分散且区域广的疏松。尤其近年发展的细晶铸造高温工艺，为保证合金晶粒度细小，出现的气孔类缺陷更为突出，严重影响着合金的使用可靠性和铸件的成品率。
金属基复合材料多由陶瓷颗粒与金属复合而成，但由于两者的润湿性差、界面容易生成脆性相降低复合材料性能等问题，导致复合材料中陶瓷与金属界面处容易产生孔洞等缺陷，极大的降低了复合材料的力学性能，制约了其应用。
为此，迫切需要一种新的方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对在铸造高温合金中，出现的气孔类缺陷较为突出，严重影响合金的使用可靠性和铸件的成品率，以及金属基复合材料中陶瓷与金属界面处容易产生孔洞等缺陷，极大的降低了复合材料的力学性能的问题，提供一种铸造合金或金属基复合材料的中温、高压、快速致密化方法。本申请以铸造合金或金属基复合材料为原料，采用热等静压技术，在合金或基体材料的0.5Tm~0.8Tm温度范围内进行中温、高压、快速热等静压处理，以实现材料的快速致密化，抑制其晶粒长大，从而获得晶粒细小、致密度高、力学性能优异的材料。该致密化方法不受材料的形状限制，可用于较大尺寸、复杂形状的材料的致密化处理。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铸造合金或金属基复合材料的中温、高压、快速致密化方法，包括如下步骤：
步骤一、将铸造合金材料或金属基复合材料依次进行清洗、烘干，备用；
步骤二、将步骤一清洗后的铸造合金材料或金属基复合材料放入热等静压炉中，进行热等静压致密化处理，热等静压温度为铸造合金材料或金属基复合材料的0.5Tm~0.8Tm，热等静压压力为50MPa~170MPa，热等静压时间为0.01~10min；待热等静压致密化处理完成后，冷却至室温，即可。
所述步骤一中，采用超声波对铸造合金材料或金属基复合材料进行清洗，去除铸造合金材料或金属基复合材料的杂质后，烘干。
所述步骤一中，将铸造合金材料或金属基复合材料置于清洗溶液中，并采用超声波对铸造合金材料或金属基复合材料进行清洗；
所述清洗溶液采用乙醇、甲醇、丙酮中的一种或多种构成。
所述铸造合金材料或产品为镍基铸造合金、钛合金、铝合金中的一种或多种。
所述金属基复合材料为铝基复合材料。
所述金属基复合材料或产品为B4C/Al合金、SiC/Al合金中的一种或多种。
针对前述问题，本申请提供一种中温高压材料致密化方法。更具体地，在一个具体实例中，该方法的操作步骤如下：
步骤一、将铸造合金或金属基复合材料或产品采用超声波清洗，除去表面的油污等杂质后，烘干；
步骤二、将清洗后的铸造合金或金属基复合材料或产品放入热等静压炉中进行热等静压致密化处理，热等静压温度为合金或基体材料的0.5Tm~0.8Tm，热等静压压力为50MPa~170MPa，热等静压时间为0.01~10min；随后冷却至室温，得到致密化的材料或产品。该方案中，铸造合金为镍基铸造合金、钛合金、铝合金等；金属基复合材料为B4C/Al合金、SiC/Al合金等复合材料。
综上，本发明以铸造合金或金属基复合材料或产品为原料，采用热等静压技术，在中温、高压的双重作用下，减少热等静压处理时间，在大幅提高材料或产品致密度的同时，防止合金及金属基体晶粒长大，从而大幅提升材料的性能。
实验结果表明，采用本发明对铸造合金或金属基复合材料进行处理后，得到的材料或产品晶粒细小、致密度高、力学性能优异。该致密化方法不受材料的形状限制，可用于较大尺寸、复杂形状的材料的致密化处理。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为实施例1中，处理前镍基高温铸造合金的显微形貌图（未腐蚀）。
图2为实施例1中，将图1中合金进行处理后的镍基高温铸造合金的显微形貌图（腐蚀）。
图3为实施例1中，另一处理前镍基高温铸造合金的显微形貌图（未腐蚀）。
图4为实施例1中，将图3中合金进行处理后的镍基高温铸造合金的显微形貌图（腐蚀）。
图5为实施例2中处理前钛合金的显微形貌图。
图6为实施例2中经处理后的钛合金显微形貌图。
图7为实施例3中处理前B4C/Al复合材料的显微形貌图。
图8为实施例3中经处理后的B4C/Al复合材料显微形貌图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
将镍基高温合金置于酒精中，采用超声波清洗10min后，在100℃烘干；然后，将烘干后的合金放于热等静压机中进行致密化处理，热等静压温度为0.7Tm，热等静压压力为170MPa，热等静压时间为10min；随后冷却至室温，得到致密化的材料或产品。相应的显微形貌图如图1~图4所示。
实验结果表明：本实施例处理后的镍基高温合金内部无明显缺陷，晶粒无明显长大，致密度达99.9%。
实施例2
将钛合金置于酒精中，采用超声波清洗10min后，在100℃烘干；然后，将烘干后的合金放于热等静压机中进行致密化处理，热等静压温度为0.5Tm，热等静压压力为120MPa，热等静压时间为5min；随后冷却至室温，得到致密化的材料或产品。
经测定，本实施例处理后的钛合金内部孔洞等缺陷显著减少，抗拉强度大幅增加，致密度由93.5%提高至99.9%。
实施例3
将B4C/Al复合材料置于酒精中，采用超声波清洗10min后，在100℃烘干；然后，将烘干后的合金放于热等静压机中进行致密化处理，热等静压温度为0.7Tm，热等静压压力为50MPa，热等静压时间为0min；随后冷却至室温，得到致密化的材料或产品。
经测定，本实施例处理后的B4C/Al复合材料内部无明显缺陷，致密度为100%，抗拉强度可达320MPa。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (3)

1.一种铸造合金或金属基复合材料的中温、高压、快速致密化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将铸造合金材料或金属基复合材料依次进行清洗、烘干，备用；
步骤二、将步骤一清洗后的铸造合金材料或金属基复合材料放入热等静压炉中，进行热等静压致密化处理，热等静压温度为铸造合金材料或金属基复合材料的0.5Tm~0.8Tm，热等静压压力为50MPa~170MPa，热等静压时间为0.01~10min；待热等静压致密化处理完成后，冷却至室温，即可；
所述铸造合金材料或产品为镍基铸造合金、钛合金、铝合金中的一种或多种；
所述金属基复合材料或产品为B4C/Al合金、SiC/Al合金中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，采用超声波对铸造合金材料或金属基复合材料进行清洗，去除铸造合金材料或金属基复合材料的杂质后，烘干。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，将铸造合金材料或金属基复合材料置于清洗溶液中，并采用超声波对铸造合金材料或金属基复合材料进行清洗；
所述清洗溶液采用乙醇、甲醇、丙酮中的一种或多种构成。
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