CN110438369A - 一种高硬度、高氧化性Ti-Al-Nb-Re合金的制备方法 - Google Patents

一种高硬度、高氧化性Ti-Al-Nb-Re合金的制备方法 Download PDF

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董桂馥
贾卫平
王通
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    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon

Abstract

本发明涉及一种高硬度、高氧化性Ti‑Al‑Nb‑Re合金的制备方法。本发明按照原子百分比取50‑51份的纯度为96.7％的海绵钛、2份的99.99％的铌粉、47份99.91％的Al块和0‑1份的纯度为99.95％的稀土Re为原料，采用真空中频感应熔炼炉在氩气保护气氛下熔炼。按照以下顺序依次放置原料：首先放置稀土Re，随后放置Nb、Al片，最后将海绵Ti元素放在熔炼炉中最上层，关闭侧炉门。熔炼前，采用机械泵、罗茨泵抽真空到6.67×10‑3Pa，再充入高纯氩气到100Pa。开始熔炼，控制熔炼功率不要高于500Kw。为了保证铸锭化学成分的均匀性，每个样品翻转熔炼四次；熔炼结束后，将金属液模具浇注成棒状试样，待其冷却取出。本发明制备的Ti‑Al‑Nb‑Re合金的具有很好的力学性能及抗氧化性。

Description

一种高硬度、高氧化性Ti-Al-Nb-Re合金的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高硬度、高氧化性Ti-Al-Nb-Re合金的制备方法。
背景技术
提高发动机的工作效率、推重比、节省燃料及降低环境污染是现代航空发动机设计的目标，也是航空、航天材料研究的主导方向。而实现这一目标的重要途径之一就是提高发动机工作温度和减轻发动机自身重量。因而迫切需要发展具有比强度高、比模量高和优良高温性能的轻质材料。其中金属间化合物TiAl具有低密度、较高弹性模量及良好的高温强度、抗蠕变和抗氧化能力。目前，TiAl合金的研究虽然已经取得了长足的进展，但在高于800℃以上温度工作时，仍表现出较差的抗氧化性和抗高温蠕变性能。因而第三代TiAl合金应运而生，其成分主要是Ti-(45～46)Al-(4～8)Nb，比普通TiAl合金使用温度高60～100℃、强度提高约300～500MPa。同时，高Nb-TiAl合金兼顾了TiAl合金密度低、晶体结构简单及组织控制容易等优点。因此高Nb合金化己经成为国内外TiAl合金发展的方向。但是高Nb-TiAl合金的却因其室温塑性低，导致制备加工困难，限制了其工业化应用进程。
众所周知，稀土元素具有特殊的物质结构，因而具有优异的物理、化学、磁、光、电学性能，有着极为广泛的用途。同时，稀土元素对合金的晶界具有净化作用，因此稀土元素可进一步提高Nb-TiAl合金的长时抗氧化性，显著提高氧化膜的抗剥落能力。因而，本发明在高Nb-TiAl合金中添加稀土Re元素，以期进一步提高高Nb-TiAl合金的长时抗氧化性，获得高硬度和抗氧化能力的新型Nb-TiAl合金。
真空中频感应熔炼炉，是在真空条件下，利用电磁感应在金属导体内产生涡流加热炉料来进行熔炼的方法。具有熔炼体积小，抽真空时间和熔炼周期短，便于温度压力控制、易于回收易挥发元素和成分控制准确等特点。
发明内容
为解决Nb-TiAl合金现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种高硬度、高氧化性的Ti-Al-Nb-Re合金制备方法。
本发明的形状记忆合金按如下方法进行制备：按照原子百分比取50-51份的纯度为96.7％的海绵钛、2份的99.99％的铌粉、47份99.91％的Al块和0-1份的纯度为99.95％的稀土Re为原料，采用真空中频感应熔炼炉在氩气保护气氛下熔炼。按照以下顺序依次放置原料：首先放置稀土Re，随后放置Nb、Al片，最后将海绵Ti元素放在熔炼炉中最上层，关闭侧炉门。熔炼前，采用机械泵、罗茨泵抽真空到6.67×10-3Pa，再充入高纯氩气到100Pa。开始熔炼，控制熔炼功率不要高于500Kw。为了保证铸锭化学成分的均匀性，每个样品翻转熔炼四次；熔炼结束后，将金属液模具浇注成棒状试样，待其冷却取出。
所述Ti-Al-Nb-Re合金的制备方法还包括热处理步骤：将试验材料经线切割和机械抛光去除表面杂质，用丙酮清洗后封入真空度为10-1Pa的石英管中，在600℃的条件下保温10小时的热处理，再淬入冰水中。本发明在600℃的条件下保温10小时的热处理的目的在于：利于Ti-Al-Nb-Re合金第二相分解并扩散到基体之中。发明人通过相图或者DSC等热分析，确定合金中的第二相及其相变温度。该工艺中热处理温度(固溶温度)应在合金中第二相相变温度附近，且略低于相变温度，从而确定固溶温度为600℃，保温10小时。
所述Ti-Al-Nb-Re合金的制备方法还包括高温氧化处理步骤：将热处理后的合金进行900℃/1小时的高温氧化，即得到高硬度、高氧化性的Nb-TiAl合金。
本发明采用了特定设计的原料放置顺序，先放置易遇氧气氧化的元素稀土Re、Nb、Al，最后放Ti，Ti具有吸氧的作用，避免氧气氧化Re和Nb元素，从而得到特定的合金成分，不采用该放置顺序会造成合金成分偏析。
本发明方法制备出的Ti-Al-Nb-Re合金的成分不同现有的Nb-TiAl合金，而且与之相比具有以下优点：
1、本发明制备的Ti-Al-Nb-Re合金的成分，与现有Nb-TiAl合金成分不同，本发明合金中含有0-1份的稀土Re元素。
2、对本发明制备的Ti-Al-Nb-Re合金的晶粒明显细化，比现有Nb-TiAl合金的晶粒直径明显减少，说明本发明制备的Ti-Al-Nb-Re合金的具有很好的力学性能。
3、本发明制备的Ti-Al-Nb-Re合金的经热处理后其晶粒直径进一步减少，说明此时合金的力学性能进一步改善。
4、本发明制备的Ti-Al-Nb-Re合金的洛氏硬度为45.6，经热处理后为47.2；比现有的Nb-TiAl合金的洛氏硬度分别高19.7％和23.4％。
5、本发明制备的Ti-Al-Nb-Re合金经高温氧化后质量增加了8.5mg，而现有的Nb-TiAl合金的经高温氧化后质量增加了41mg，说明本发明制备的Ti-Al-Nb-Re合金的具有更高的抗氧化性。
附图说明
图1为实施例1制备的Ti-Al-Nb-Re合金组织形貌照片；a图是Ti-Al-Nb合金的光镜显微照片，b图是Ti50Nb2Al47Re1合金的光镜显微照片。
图2为热处理后Ti-Al-Nb-Re合金组织形貌照片；a图是Ti-Al-Nb合金的光镜显微照片，b图是Ti50Nb2Al47Re1合金的光镜显微照片。
图3为热处理前后Ti-Al-Nb-Re合金XRD图谱；其中A图是热处理前合金，图B是热处理后合金。
具体实施方式
下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。本实施方式的真空中频感应熔炼炉购自于上海晨光电炉有限公司。
实施例1
(1)高硬度、高氧化性的Ti-Al-Nb合金的制备方法按如下方法进行制备：
按照原子百分比取51份的纯度为96.7％的海绵钛、2份的99.99％的铌粉、47份99.91％的Al块为原料，采用真空中频感应熔炼炉在氩气保护气氛下熔炼。按照以下顺序依次放置原料：首先放置稀有Re，随后放置Nb、Al片，最后将海绵Ti元素放在熔炼炉中最上层，关闭侧炉门。熔炼前，采用机械泵、罗茨泵抽真空到6.67×10-3Pa，再充入高纯氩气到100Pa。开始熔炼，控制熔炼功率不要高于500Kw。为了保证铸锭化学成分的均匀性，每个样品翻转熔炼四次。熔炼结束后，将金属液倒入一个圆柱型的铜制模具浇注成Φ10×75mm的棒状试样，待其冷却取出。
(2)高硬度、高氧化性的Ti-Al-Nb-Re合金的制备方法按如下方法进行制备：
按照原子百分比取50份的纯度为96.7％的海绵钛、2份的99.99％的铌粉、47份99.91％的Al块和1份的纯度为99.95％的稀土Re为原料，采用真空中频感应熔炼炉在氩气保护气氛下熔炼。按照以下顺序依次放置原料：首先放置稀有Re，随后放置Nb、Al片，最后将海绵Ti元素放在熔炼炉中最上层，关闭侧炉门。熔炼前，采用机械泵、罗茨泵抽真空到6.67×10-3Pa，再充入高纯氩气到100Pa。开始熔炼，控制熔炼功率不要高于500Kw。为了保证铸锭化学成分的均匀性，每个样品翻转熔炼四次。熔炼结束后，将金属液倒入一个圆柱型的铜制模具浇注成Φ10×75mm的棒状试样，待其冷却取出。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于：增加热处理步骤。
将实施例1制得的棒状试样经线切割和机械抛光去除表面杂质，用丙酮清洗后封入真空度为10-1Pa的石英管中，在600℃的条件下保温10小时的热处理，再淬入冰水中得到合金。
实施例3
本实施例与实施例1的区别仅在于：增加热处理和高温氧化步骤。
将实施例1制得的棒状试样经线切割和机械抛光去除表面杂质，用丙酮清洗后封入真空度为10-1Pa的石英管中，在600℃的条件下保温10小时的热处理，再淬入冰水中得到；接着对该合金进行900℃/1小时的高温氧化处理，即得到高硬度、高氧化性的合金。
将本实施例1制备的高硬度、高氧化性Ti-Al-Nb-Re合金进行组织形貌的测试，光学显微照片如图1所示；将实施例2制备的高硬度、高氧化性Ti-Al-Nb-Re合金进行组织形貌的测试，光学显微照片如图2所示。从图1和图2中可以看出，随着稀土Re元素的增加，制备的Ti-Al-Nb-Re合金的粒径明显被细化，这也间接的说明此时合金的力学性能被改善，同时明显的提高了合金的硬度。将本实施例制备的合金进行XRD测试，发现合金的微观结构没有改变，如图3所示。
将本实施例所得到的Ti-Al-Nb-Re合金进行硬度测试结果如表1所示，从表1可以看出合金的硬度得到明显的提高。同时又对合金进行质量测试结果如表2所示，从表2可以看出合金的抗氧化性得到明显的提高。
表1为现有合金Nb-TiAl、实施例制备的Ti-Al-Nb-Re合金洛氏硬度测试值。
表1各试样硬度数据表及其平均硬度(HRC)
注1：本试验测量洛氏硬度七个，去除最大值和最小值后，剩余五个数据，取平均值。
表2为本实施例3制备的Ti-Al-Nb-Re合金和Ti-Al-Nb合金的高温氧化前后的质量对比表。
表2试样的质量
序号 未高温氧化的质量 高温氧化后的质量 质量差
实施例1制备的合金 4.7650 4.8060 +0.0410
实施例3制备的合金 4.6129 4.6214 +0.0085
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高硬度、高氧化性Ti-Al-Nb-Re合金的制备方法，其特征在于，按如下方法进行制备：按照原子百分比取50-51份的纯度为96.7％的海绵钛、2份的99.99％的铌粉、47份99.91％的Al块和0-1份的纯度为99.95％的稀土Re为原料，采用真空中频感应熔炼炉在氩气保护气氛下熔炼，按照以下顺序依次放置原料：首先放置稀土Re，随后放置Nb、Al片，最后将海绵Ti元素放在熔炼炉中最上层，关闭侧炉门；熔炼前，采用机械泵、罗茨泵抽真空到6.67×10-3Pa，再充入高纯氩气到100Pa，开始熔炼，控制熔炼功率不要高于500Kw，熔炼过程中每个样品翻转熔炼四次；熔炼结束后，将金属液模具浇注成试样，待其冷却取出。
2.根据权利要求1所述的一种高硬度、高氧化性Ti-Al-Nb-Re合金的制备方法，其特征在于，还包括热处理步骤：将试验材料经线切割和机械抛光去除表面杂质，用丙酮清洗后封入真空度为10-1Pa的石英管中，在600℃的条件下保温10小时的热处理，再淬入冰水中。
3.根据权利要求1所述的一种高硬度、高氧化性Ti-Al-Nb-Re合金的制备方法，其特征在于，还包括高温氧化处理步骤：将热处理后的合金进行900℃/1小时的高温氧化。
4.一种高硬度、高氧化性Ti-Al-Nb-Re合金，其特征在于，是按照权利要求1所述方法制备的。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110923494A (zh) * 2019-11-25 2020-03-27 大连大学 一种高温、高硬度高Nb-TiAl-Si合金及其制备方法
CN115194065A (zh) * 2022-06-27 2022-10-18 中国航发北京航空材料研究院 热膨胀敏感且低塑性Ti-Al-Nb合金的锻造工艺

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1584080A (zh) * 2004-06-16 2005-02-23 哈尔滨工业大学 含有稀土Y的TiAl金属间化合物材料及其制备方法
CN101457314A (zh) * 2007-12-13 2009-06-17 Gkss-盖斯特哈赫特研究中心有限责任公司 钛铝化物合金
CN101591744A (zh) * 2009-06-25 2009-12-02 北京航空航天大学 一种超塑性Ti-Al-Nb-Er合金材料及其制备方法
CN102352504A (zh) * 2011-10-10 2012-02-15 北京科技大学 提高TiAl-Nb合金耐液锌腐蚀性能的预处理方法
CN103074520A (zh) * 2013-01-14 2013-05-01 北京工业大学 一种含Er高铌TiAl金属间化合物材料及其制备方法
CN105648398A (zh) * 2016-02-19 2016-06-08 同济大学 一种通过预氧化提高TiAl基合金高温抗氧化性能的方法
CN105695799A (zh) * 2016-04-06 2016-06-22 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种Ti-Al-Nb系金属间化合物高温结构材料
CN109652677A (zh) * 2019-01-23 2019-04-19 上海航天精密机械研究所 一种细晶层片组织TiAl合金板材及直接制备其的方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1584080A (zh) * 2004-06-16 2005-02-23 哈尔滨工业大学 含有稀土Y的TiAl金属间化合物材料及其制备方法
CN101457314A (zh) * 2007-12-13 2009-06-17 Gkss-盖斯特哈赫特研究中心有限责任公司 钛铝化物合金
CN101591744A (zh) * 2009-06-25 2009-12-02 北京航空航天大学 一种超塑性Ti-Al-Nb-Er合金材料及其制备方法
CN102352504A (zh) * 2011-10-10 2012-02-15 北京科技大学 提高TiAl-Nb合金耐液锌腐蚀性能的预处理方法
CN103074520A (zh) * 2013-01-14 2013-05-01 北京工业大学 一种含Er高铌TiAl金属间化合物材料及其制备方法
CN105648398A (zh) * 2016-02-19 2016-06-08 同济大学 一种通过预氧化提高TiAl基合金高温抗氧化性能的方法
CN105695799A (zh) * 2016-04-06 2016-06-22 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种Ti-Al-Nb系金属间化合物高温结构材料
CN109652677A (zh) * 2019-01-23 2019-04-19 上海航天精密机械研究所 一种细晶层片组织TiAl合金板材及直接制备其的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
袁银梅: "Er对Ti-47Al-(2,6,10)Nb合金凝固组织和力学性能的影响", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110923494A (zh) * 2019-11-25 2020-03-27 大连大学 一种高温、高硬度高Nb-TiAl-Si合金及其制备方法
CN115194065A (zh) * 2022-06-27 2022-10-18 中国航发北京航空材料研究院 热膨胀敏感且低塑性Ti-Al-Nb合金的锻造工艺

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