[发明专利]置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法

说明书

技术领域

本发明属于热处理技术领域，涉及一种置氢-热等静压改善铸造Ti₃Al合金微观组织的方法

背景技术

Ti₃Al基合金具有其他合金无法比拟的比强度、高温抗蠕变性能及抗氧化性能，因此被认为是新型航空、航天发动机重要结构件的首选材料之一。目前，铸造工艺是制备Ti₃Al基合金构件的主要方法之一，也是一些结构复杂件的首选成形方法。

然而，铸造工艺往往会造成许多铸造缺陷，如晶粒粗大、缩孔、缩松、气孔以及晶粒不均匀等，这些缺陷的存在将严重影响铸件的性能，特别是拉伸强度、疲劳性能以及塑性，因此，对于性能要求较高的铸件，在交付使用前通常要进行热等静压处理，以消除这些铸造缺陷。然而，由于热等静压工艺处理温度较高，在热等静压处理过程中晶粒会发生长大，使原来粗大的铸造组织更加粗大，这又在一定程度上抵消了热等静压工艺对合金力学性能的改善作用。因此，在消除铸件的铸造缺陷同时又不造成铸件晶粒粗大，是提高铸件性能的有效途径。

对于Ti₃Al合金而言，其材料本身塑性较低，脆性较大，因此，改善铸件的微观组织是制备高性能Ti₃Al合金铸件的关键。

发明内容

本发明的目的在于解决铸造Ti₃Al合金的铸造缺陷，同时改善合金的微观组织，以提高Ti₃Al合金的综合力学性能的置氢-热等静压改善铸造Ti₃Al合金微观组织的方法。

本发明的技术解决方案是，将铸造Ti₃Al合金零件在热等静压炉中进行热等静压处理，热等静压温度为980～1050℃，热等静压时间为1～4h，压力为110～150Mpa；将热等静压后的铸造Ti₃Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10^-3Pa，再将炉内升温至700～850℃，保温15min，按照炉中的零件的重量百分比充入1～1.2％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温1～4h，然后将炉内以3～5℃/min的速度冷却至室温；将置氢处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1000～1050℃，到温后保温30min，然后，随炉冷却至800～850℃，保温6～8h，空冷至室温；将处理后的Ti₃Al合金零件进行表面吹砂；将吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，炉内抽真空至10^-3Pa，将炉内温度升至700～850℃，保温8～12个小时，零件随炉冷却至室温，即得到置氢-热等静压处理Ti₃Al合金零件。

热等静压温度为990～1040℃，热等静压时间为1～4h，压力为110～140Mpa。

将热等静压后的铸造Ti₃Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10^-3Pa，再将炉内升温至730～820℃，保温15min，按照炉中的零件的重量百分比充入1～1.2％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温1～4h，然后将炉内以3～5℃/min的速度冷却至室温。

所述的将置氢处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1010～1050℃，到温后保温30min，然后，随炉冷却至800～850℃，保温6～8h，空冷至室温。

将吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至10^-3Pa，炉内温度升至710～840℃，保温8～12个小时，零件随炉冷却至室温。

本发明具有的优点和有益效果：本发明工艺同时利用了热等静压工艺对Ti₃Al合金铸造缺陷的修复作用和置氢处理工艺对微观组织细化作用，达到了消除铸造缺陷组织、提高了合金的致密度和细化了微观晶粒的目的，铸件的力学性能得到了提高，其中室温抗拉强度、屈服强度提高了20％，高温抗拉强度、屈服强度提高了10％，为Ti₃Al合金铸件在航空、航天发动机领域的进一步应用奠定了基础。

附图说明

图1本发明工艺处理前Ti₃Al合金铸件的微观组织。

图2置氢-热等静压工艺处理后的Ti₃Al合金的微观组织，其中(a)为采用具体实施方式一所述的工艺处理后的Ti₃Al合金的微观组织，(b)为采用具体实施方式二所述的工艺处理后的Ti₃Al合金的微观组织。

具体实施方式