CN110777311A - 一种Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺 - Google Patents

一种Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN110777311A
CN110777311A CN201911259279.4A CN201911259279A CN110777311A CN 110777311 A CN110777311 A CN 110777311A CN 201911259279 A CN201911259279 A CN 201911259279A CN 110777311 A CN110777311 A CN 110777311A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat treatment
stress
relief annealing
alnb alloy
furnace
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911259279.4A
Other languages
English (en)
Inventor
吴杰
田晓生
卢正冠
崔潇潇
李一平
徐磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Metal Research of CAS
Original Assignee
Institute of Metal Research of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Metal Research of CAS filed Critical Institute of Metal Research of CAS
Priority to CN201911259279.4A priority Critical patent/CN110777311A/zh
Publication of CN110777311A publication Critical patent/CN110777311A/zh
Priority to CN202010160709.3A priority patent/CN111188000B/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F3/15—Hot isostatic pressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/02—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working in inert or controlled atmosphere or vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/248—Thermal after-treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明公开了一种Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺，属于粉末冶金钛合金领域。该工艺包括步骤：(1)将机械加工后的Ti2AlNb合金构件置于真空退火炉中；(2)去应力退火热处理：热处理温度为575～625℃，保温时间为2～4h；(3)热处理保温阶段完成后，停止加热，随炉冷却至150～200℃，然后炉内通氩气冷却至室温。本发明可以减少粉末Ti2AlNb合金复杂构件机械加工后的残余应力，从而降低构件开裂的风险。

Description

一种Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺
技术领域
本发明涉及粉末冶金钛合金技术领域，具体涉及一种粉末Ti2AlNb合金机械加工后去应力退火热处理工艺。
背景技术
Ti2AlNb合金是以正交结构O相为主要组成相的Ti-Al系金属间化合物合金，在650～750℃具有优异的强度、断裂韧性、抗蠕变性能，且具有较低的密度和良好的抗氧化能力，因此Ti2AlNb合金在航空发动机热端部件有着很强的应用潜力。Ti2AlNb合金复杂构件目前主要采用精密铸造或者分体锻造后焊接的成形工艺，精密铸造存在难以彻底解决的缩孔、疏松、成分偏析等铸造缺陷，造成废品率高，超差使用普遍；锻造结合焊接方法存在材料利用率低、焊接接头存在开裂风险的弊端，难以满足现代航空发动机高可靠性和减重的要求。
粉末冶金近净成形技术是一种将热等静压技术与计算机辅助模具设计制造相结合的直接成形技术，与精铸技术相比，具有成分均匀无宏观偏析、组织细密均匀、性能可靠性高、各向同性、易于进行超声检测等优点，特别适合制备具有复杂型腔的构件，材料利用率接近100％，性能逼近甚至优于变形合金。
但用粉末冶金工艺制备的粉末Ti2AlNb合金也有其自身的缺点，Ti2AlNb合金属于脆性的金属间化合物，在机加工后构件内残余应力的作用下极易开裂，从而影响构件的后续服役。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粉末Ti2AlNb合金机械加工后去应力退火热处理工艺，该热处理工艺能够降低粉末Ti2AlNb合金机械加工后开裂的风险，其特征在于：真空退火热处理的工艺参数为：575～625℃保温2～4h，真空退火热处理的真空度优选为10-2～10-4Pa；热处理保温阶段完成后，停止加热，随炉冷却至150～200℃，然后通氩气冷却至室温。本发明可以减少粉末Ti2AlNb合金复杂构件机械加工后的残余应力，从而降低构件开裂的风险。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺，该工艺包括如下步骤：
(1)将机械加工后的Ti2AlNb合金构件置于真空退火炉中；
(2)去应力退火热处理：热处理温度为575～625℃，优选为595～605℃，保温时间为2～4h，优选为2～3h；
(3)热处理保温阶段完成后，停止加热，随炉冷却至150～200℃，然后炉内通氩气冷却至室温。
所述Ti2AlNb合金构件采用粉末冶金工艺制备(如热等静压工艺，可参考申请号为201910773601.9的专利制备)，进行机械加工后置于真空退火炉内进行热处理。
上述步骤(2)去应力退火热处理过程中，炉内真空度为10-2～10-4Pa。
上述步骤(2)去应力退火热处理过程中，升温速率小于8℃/min。
本发明工艺能够减少Ti2AlNb合金构件机械加工后的残余应力，从而降低构件开裂的风险。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明工艺可以在传统的真空热处理炉上实现，该工艺适用范围为Ti-Al系合金(Ti2AlNb及Ti3Al)粉末合金机加工后去应力退火热处理。
2、本发明工艺中通氩气冷却至室温的作用是将粉末合金构件置于保护性气氛中，防止构件表面氧化着色。
3、本发明工艺简单实用，可提高粉末合金整体冶金质量和提高粉末合金持久寿命，从而降低其制造成本。
4、本发明工艺适用于直接热等静压成形的粉末冶金钛合金构件机械加工后去应力退火。
附图说明
图1为实施例1去应力退火热处理工艺曲线。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图、对比例及实施例对本发明进一步详细说明。
以下各对比例和实施例合金的成分见表1：
表1.Ti2AlNb合金成分(wt.％)
Figure BDA0002311167970000031
以下实施例和对比例中机加态的粉末Ti2AlNb合金构件采用热等静压工艺+固溶时效热处理工艺制备，具体过程为：
采用氩气雾化制备合金粉末，将尺寸在250微米以下的粉末装入碳钢包套中，真空除气后先进行低温保压处理，再做热等静压处理，最后Ti2AlNb合金构件做固溶及时效热处理后交付。
第一阶段低温保压过程：随炉升温升压，1010℃/140MPa/1小时，完成后随炉冷却。
第二阶段热等静压过程：1030℃/140MPa/3小时，随炉冷至室温。
第三阶段固溶时效热处理过程：980℃/2小时，随炉冷至室温；890℃/4小时，随炉冷至室温。
机械加工后获得Ti2AlNb合金构件，机加态的粉末冶金Ti2AlNb合金的力学性能及残余应力值见表2所示。
表2.机加态的粉末冶金Ti2AlNb合金的力学性能及残余应力
备注：表中Rm为抗拉强度；Rp0.2为屈服强度；A为延伸率；Z为断面收缩率；Residualstress为残余应力。
对比例1
对机加态的Ti2AlNb合金构件进行真空退火热处理，工艺参数为：500℃保温2h，随炉冷却，真空度为10-3Pa。本例所得合金构件力学性能及残余应力值见表3所示。
表3.对比例1退火处理后的Ti2AlNb合金的力学性能及残余应力(500℃/2h)
Figure BDA0002311167970000042
备注：表中Rm为抗拉强度；Rp0.2为屈服强度；A为延伸率；Z为断面收缩率；Residualstress为残余应力。
对比例2
对机加态的Ti2AlNb合金构件进行真空退火热处理，工艺参数为：550℃保温2h，随炉冷却，真空度为10-3Pa。本例所得合金构件力学性能及残余应力值见表4所示。
表4.对比例2退火处理后的Ti2AlNb合金的力学性能及残余应力(550℃/2h)
Figure BDA0002311167970000051
备注：表中Rm为抗拉强度；Rp0.2为屈服强度；A为延伸率；Z为断面收缩率；Residualstress为残余应力。
实施例1
对机加态的Ti2AlNb合金构件进行真空退火热处理，工艺参数为：600℃保温2h，随炉冷却，真空度为10-3Pa；随炉冷却至150℃时，炉内通氩气冷却至室温。
本实施例所得合金构件力学性能及残余应力值见表5所示。
表5.实施例1退火热处理后的Ti2AlNb合金的力学性能(600℃/2h)
Figure BDA0002311167970000052
备注：表中Rm为抗拉强度；Rp0.2为屈服强度；A为延伸率；Z为断面收缩率；Residualstress为残余应力。
实施例结果表明，通过对机加工态的Ti2AlNb合金构件进行去应力退火热处理，残余应力由拉应力转变为压应力状态，且经600℃/2h退火热处理的合金构件压应力较对比例1和对比例2而言达到极大值-245MPa，本发明可以显著减少粉末Ti2AlNb合金复杂构件机械加工后的残余应力，从而降低构件开裂的风险。

Claims (6)

1.一种Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺，其特征在于：该工艺包括如下步骤：
(1)将机械加工后的Ti2AlNb合金构件置于真空退火炉中；
(2)去应力退火热处理：热处理温度为575～625℃，保温时间为2～4h；
(3)热处理保温阶段完成后，停止加热，随炉冷却至150～200℃，然后炉内通氩气冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺，其特征在于：步骤(2)去应力退火热处理过程中，热处理温度为595～605℃，保温时间为2～3h。
3.根据权利要求1所述的Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺，其特征在于：所述Ti2AlNb合金构件采用粉末冶金工艺制备，进行机械加工后置于真空退火炉内进行热处理。
4.根据权利要求1或2所述的Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺，其特征在于：步骤(2)去应力退火热处理过程中，炉内真空度为10-2～10-4Pa。
5.根据权利要求1所述的Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺，其特征在于：步骤(2)去应力退火热处理过程中，升温速率小于8℃/min。
6.根据权利要求1所述的Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺，其特征在于：该工艺能够减少Ti2AlNb合金构件机械加工后的残余应力，从而降低构件开裂的风险。
CN201911259279.4A 2019-12-10 2019-12-10 一种Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺 Pending CN110777311A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911259279.4A CN110777311A (zh) 2019-12-10 2019-12-10 一种Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺
CN202010160709.3A CN111188000B (zh) 2019-12-10 2020-03-10 一种Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911259279.4A CN110777311A (zh) 2019-12-10 2019-12-10 一种Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110777311A true CN110777311A (zh) 2020-02-11

Family

ID=69394374

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911259279.4A Pending CN110777311A (zh) 2019-12-10 2019-12-10 一种Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺
CN202010160709.3A Active CN111188000B (zh) 2019-12-10 2020-03-10 一种Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010160709.3A Active CN111188000B (zh) 2019-12-10 2020-03-10 一种Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN110777311A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111235430A (zh) * 2020-03-02 2020-06-05 北京理工大学 一种Ti-Al系合金药型罩材料及其粉末冶金制备方法
CN112921259A (zh) * 2021-01-28 2021-06-08 西安泰金工业电化学技术有限公司 一种强力旋压变形后的钛零件的残余应力消除方法
CN112958784A (zh) * 2021-02-01 2021-06-15 中国科学院金属研究所 一种颗粒增强钛基复合材料中增强相均匀分布及生长方向主动控制方法
CN115612879A (zh) * 2022-09-13 2023-01-17 南昌航空大学 一种含Ta元素的Ti2AlNb合金及其制备方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113981348A (zh) * 2021-10-19 2022-01-28 宝鸡钛业股份有限公司 一种降低钛合金板材残余应力的方法
CN114774819B (zh) * 2022-04-11 2023-05-12 中国科学院金属研究所 一种tc4合金铸件的热处理工艺

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2760469B1 (fr) * 1997-03-05 1999-10-22 Onera (Off Nat Aerospatiale) Aluminium de titane utilisable a temperature elevee
CN105839039B (zh) * 2016-04-26 2017-08-25 哈尔滨工业大学 一种均匀组织的TiAl合金板材的制备方法
CN110195172B (zh) * 2019-07-15 2021-03-23 哈尔滨工业大学 一种Ti2AlNb基合金材料及其制备方法
CN110252918B (zh) * 2019-07-25 2020-05-08 西北有色金属研究院 3D打印粉末用Ti2AlNb基合金棒材的制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111235430A (zh) * 2020-03-02 2020-06-05 北京理工大学 一种Ti-Al系合金药型罩材料及其粉末冶金制备方法
CN112921259A (zh) * 2021-01-28 2021-06-08 西安泰金工业电化学技术有限公司 一种强力旋压变形后的钛零件的残余应力消除方法
CN112958784A (zh) * 2021-02-01 2021-06-15 中国科学院金属研究所 一种颗粒增强钛基复合材料中增强相均匀分布及生长方向主动控制方法
CN115612879A (zh) * 2022-09-13 2023-01-17 南昌航空大学 一种含Ta元素的Ti2AlNb合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111188000B (zh) 2021-08-31
CN111188000A (zh) 2020-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111188000B (zh) 一种Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺
CN110607464B (zh) 一种Ti2AlNb合金粉末的热等静压工艺
US4612066A (en) Method for refining microstructures of titanium alloy castings
US10737314B2 (en) Method for producing forged TiAl components
CN108950303B (zh) 一种强韧钛合金及其制备方法
JP5155668B2 (ja) チタン合金の鋳造方法
JP7223121B2 (ja) 鍛造チタン合金による高強度のファスナ素材及びその製造方法
JP5855435B2 (ja) α＋β型またはβ型チタン合金およびその製造方法
WO2012044204A1 (ru) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПСЕВДО-β-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
CN105665729A (zh) 一种高致密Ti2AlNb粉末合金近净成形工艺
CN111218586A (zh) 一种含有钪钛锆元素的3d打印用铝合金
WO2018116444A1 (ja) α＋β型チタン合金押出形材
JP2017503086A (ja) 改善された高温性能を有するアルミニウム鋳造合金
EP2807282A2 (en) Oxygen-enriched ti-6ai-4v alloy and process for manufacture
KR20150087426A (ko) 열 저항 알루미늄 기본 합금 및 제조 방법
RU2550459C2 (ru) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ, ПОЛУЧАЕМЫХ СПЕКАНИЕМ СПЛАВОВ Co-Cr-Мo, ИМЕЮЩИХ УЛУЧШЕННУЮ ПЛАСТИЧНОСТЬ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
JP7233659B2 (ja) 熱間鍛造用のチタンアルミナイド合金材及びチタンアルミナイド合金材の鍛造方法並びに鍛造体
CN114645230A (zh) 一种可避免中温低塑性的粉末Ti2AlNb合金构件热处理工艺
CN117102491A (zh) 一种提高大尺寸gh4099零部件塑性的加工方法
KR101346808B1 (ko) 기계적 성질이 개선된 티타늄 합금 및 이의 제조방법
CN112708788B (zh) 一种提高k403合金塑性的方法，模具材料和制品
CN113634767A (zh) 一种激光增材制造双相钛合金的热处理方法
JP6185347B2 (ja) Ｎｉ基超耐熱合金の分塊用中間素材及びその製造方法、Ｎｉ基超耐熱合金の製造方法
CN114959358B (zh) 一种钛铝基金属间化合物材料及其制备方法
JP7233658B2 (ja) 熱間鍛造用のチタンアルミナイド合金材及びチタンアルミナイド合金材の鍛造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200211

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication