一種含C高Nb-TiAl合金的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種含C高Nb

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種含C高Nb
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TiAl合金的制備方法


[0001]本專利技術(shù)屬于TiAl合金設(shè)計(jì)及調(diào)控領(lǐng)域，涉及一種含C高Nb
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TiAl合金的制備方法。

技術(shù)介紹

[0002]TiAl合金具有低密度、高比強(qiáng)度、高溫下良好的抗蠕變及抗氧化能力等優(yōu)點(diǎn)，是新一代航空、航天飛行器用輕質(zhì)、高強(qiáng)、高溫結(jié)構(gòu)材料的首選。目前TiAl合金的使用溫度不超過(guò)750℃，在航空航天領(lǐng)域?qū)嶋H得到應(yīng)用的4822(Ti
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48Al
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2Nb
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2Cr)合金其使用溫度在650℃及以下，無(wú)法滿足更高工作溫度的使用需求。研究表明，在TiAl合金中添加Nb元素，可以大幅提高TiAl合金的有序化溫度，進(jìn)一步提高TiAl合金的高溫強(qiáng)度、高溫抗蠕變和抗氧化能力，進(jìn)而發(fā)展出高Nb
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TiAl合金。但TiAl合金本質(zhì)上為金屬間化合物，其在室溫下具有本征脆性，高Nb含量的加入會(huì)進(jìn)一步惡化本已有限的塑性，往往表現(xiàn)為完全無(wú)均勻變形的脆性斷裂，這使得高Nb
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TiAl合金的生產(chǎn)、加工和應(yīng)用受到極大限制，所以目前仍未在實(shí)際工業(yè)中得到實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用。由于高Nb
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TiAl合金具有優(yōu)異的高溫服役性能，但室溫力學(xué)性能低，因此如何提升其室溫力學(xué)性能，使其在室溫下具備一定的室溫塑性，能均勻變形以滿足材料生產(chǎn)、加工要求，是該合金發(fā)展和努力的方向。
[0003]微合金化是改性高Nb
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TiAl合金的有效方法，其中C微合金元素的加入能夠為高Nb
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TiAl合金高溫性能的提升帶來(lái)積極作用。研究表明，C作為間隙固溶元素的加入能夠起到強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化效果，且能減小片層團(tuán)中的片層間距。此外C元素也可以改變合金的凝固路徑，促進(jìn)合金凝固過(guò)程中等軸晶的形成，避免柱狀晶組織的各向異性，從而大幅提升高Nb
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TiAl系合金的高溫強(qiáng)度。但C微合金化往往對(duì)高Nb
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TiAl系合金的室溫塑性不利。如何設(shè)計(jì)合金成分使得合金強(qiáng)度提高的同時(shí)，在室溫下也具備均勻變形的能力，是高Nb
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TiAl系合金微合金化面臨的難點(diǎn)。
[0004]申請(qǐng)公布號(hào)為CN114921735A的中國(guó)專利技術(shù)專利申請(qǐng)公開(kāi)了改善鑄造用高Nb
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TiAl合金力學(xué)性能的熱調(diào)控方法，其對(duì)合金錠進(jìn)行熱等靜壓和時(shí)效處理后得到了強(qiáng)化的合金，但合金室溫下基本無(wú)均勻變形的能力，難以滿足工程生產(chǎn)和應(yīng)用要求。
[0005]因此，高Nb
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TiAl合金在合金成分設(shè)計(jì)和后續(xù)的工藝處理方面，能否在保持高強(qiáng)度的同時(shí)提升室溫塑性成為其獲得應(yīng)用的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0006]本專利技術(shù)的目的是提供一種室溫力學(xué)性能良好的鑄造高Nb
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TiAl合金及其室溫塑性提高的方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本專利技術(shù)經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在鑄造高Nb
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TiAl合金中加入微量的C，鑄造后再通過(guò)熱等靜壓處理進(jìn)一步提高合金的室溫塑性。具體方法如下：
[0008]一種含C高Nb
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TiAl合金的制備方法，其特征在于，TiAl合金中Al含量為44～49at.％，Nb含量為4～7at.％，C含量為0.05～1at.％，余量為T(mén)i。合金熔煉后鑄造，通過(guò)熱等靜壓處理進(jìn)一步提高合金的室溫塑性。
[0009]如上所述含C高Nb
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TiAl合金的制備方法，具體實(shí)施步驟為：
[0010]步驟一、將海綿鈦、高純鋁、碳化鈦或碳粉、鋁鈮中間合金按配比稱取；
[0011]步驟二、將步驟一稱得原料均勻布料于水冷銅坩堝中，進(jìn)行熔煉，熔煉完成后在坩堝內(nèi)自然冷卻；
[0012]步驟三、將步驟二所得初次熔煉合金鑄錠取出，倒置于水冷銅坩堝真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)進(jìn)行二次熔煉，熔煉完成后澆注到模具中得到合金鑄錠。
[0013]步驟四、將步驟三所得的合金鑄錠置于熱等靜壓爐中進(jìn)行熱等靜壓，隨爐冷卻后得到室溫塑性優(yōu)良的合金鑄錠。
[0014]所述高Nb
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TiAl合金鑄態(tài)組織主要由α2和γ相組成的近全片層組織。
[0015]所述高Nb
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TiAl合金熱等靜壓處理的溫度為1200
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1300℃，壓力為100
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190MPa，時(shí)間為1
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6h，隨爐冷卻。
[0016]所述高Nb
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TiAl合金熱等靜壓處理后組織為片層團(tuán)和等軸γ晶粒組成的雙態(tài)組織。
[0017]進(jìn)一步地，優(yōu)選合金成分為T(mén)i
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46Al
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5Nb
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0.1C(原子百分比)，合金組織見(jiàn)圖1。室溫拉伸曲線見(jiàn)圖3，拉伸結(jié)果表明該高Nb
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TiAl合金在室溫下的抗拉強(qiáng)度為721MPa，斷后延伸率為0.42％。實(shí)施熱等靜壓處理，溫度為1270℃，壓力為150MPa，時(shí)間為1.5h，隨爐冷卻，熱等靜壓后合金組織見(jiàn)圖2。進(jìn)行室溫拉伸實(shí)驗(yàn)，拉伸速率為1.0
×
10
?4s
?1，室溫拉伸曲線見(jiàn)圖4，室溫拉伸結(jié)果表明，抗拉強(qiáng)度為655MPa，斷后延伸率為1.0％。實(shí)驗(yàn)證明，在Nb
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TiAl合金加入微量的碳元素，再經(jīng)過(guò)鑄造后的熱等靜壓處理，是能夠有效改善Nb
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TiAl合金的綜合性能的，特別是能夠提高高Nb
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TiAl合金的斷后延伸率。但是如果合金中的碳含量過(guò)高，反而會(huì)降低Nb
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TiAl合金的斷后延伸率。
[0018]所述優(yōu)選的特定成分高Nb
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TiAl合金經(jīng)優(yōu)選的熱等靜壓工藝處理后，室溫抗拉強(qiáng)度和塑性優(yōu)異。
[0019]由于采用以上技術(shù)手段，使得專利技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：
[0020](1)通過(guò)對(duì)高Nb
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TiAl合金的成分配比進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，得到室溫拉伸性能優(yōu)異的鑄造高Nb
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TiAl合金，結(jié)合后續(xù)的熱等靜壓處理，可在保持優(yōu)良室溫抗拉強(qiáng)度的同時(shí)提高其室溫塑性，斷后延伸率1.0％。經(jīng)過(guò)上述處理，合金無(wú)鑄造缺陷，室溫性能離散度低；
[0021](2)該成分的高Nb
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TiAl合金，滿足高Nb
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TiAl合金精密鑄造流動(dòng)性、充填性以及750～800℃使用溫度下強(qiáng)度、蠕變抗力、抗氧化等要求，可應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室機(jī)匣、發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪葉片、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)增壓渦輪等部件，具有重大推廣價(jià)值；
[0022](3)工藝流程短、生產(chǎn)成本低，無(wú)需后續(xù)熱處理即可滿足使用需求。
附圖說(shuō)明
[0023]圖1：Ti
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46Al
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5Nb
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0.1C高Nb
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TiAl合金鑄態(tài)組織；
[0024]圖2：Ti
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46Al<本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種含C高Nb
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TiAl合金的制備方法，其特征在于，TiAl合金中Al含量為44～49at.％，Nb含量為4～7at.％，C含量為0.05～1at.％，余量為T(mén)i。合金熔煉后鑄造，通過(guò)熱等靜壓處理進(jìn)一步提高合金的室溫塑性。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種含C高Nb
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TiAl合金的制備方法，其特征在于，該高Nb
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TiAl合金鑄錠制備通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：步驟一、將海綿鈦、高純鋁、碳化鈦或碳粉、鋁鈮中間合金按配比稱取；步驟二、將步驟一稱得原料均勻布料于水冷銅坩堝中，進(jìn)行熔煉，熔煉完成后在坩堝內(nèi)冷卻；步驟三、將步驟二所得的初次熔煉合金鑄錠取出，倒置于水冷銅坩堝真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)進(jìn)行二次熔煉，并澆注到模具中得到合金鑄錠；步驟四、將步驟三所得的合金鑄錠置于熱等靜壓爐中進(jìn)行熱等靜壓，隨爐冷卻后得到室溫塑性優(yōu)良的合金鑄錠。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含C高Nb
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TiAl合金的制備方法，其特征在于，該TiAl合金鑄錠中氧含量不高于1000ppm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含C高Nb
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TiAl合金的制備方法，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：梁永鋒，曹俊，林均品，郭志超，孫鐵龍，楊剛，王雙贊，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：