[发明专利]一种具有细小全层片组织的TiAl基合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有细小全层片组织的TiAl基合金的制备方法，属于钛合金制备技术领域。

背景技术

TiAl基合金具有密度低、熔点高、抗氧化性强、高温强度高以及模量大、抗蠕变性能好等优点，是一种很具有应用前景的新型轻质高温结构材料。可以作为汽车和航天、航空发动机以及其它更高温度工作的部件的首选材料，被认为是一种极具竞争潜力的新一代高温结构材料。

众所周知TiAl基合金存在严重的室温脆性、低的断裂韧性以及难加工性，这些都限制了TiAl基合金的实际应用。然而获得良好的综合力学性能的关键途径是获得均匀细小的全层片组织。采用铸造方法得到的TiAl基合金易产生强烈的柱状晶和粗大的片层团组织特征，并且存在严重的成分偏析，这些都严重影响了TiAl基合金的力学性能。研究表明采用元素粉末冶金方法制备TiAl基合金，可以很方便的添加各种高熔点合金化元素，通过均匀化混合和高温下反应，避免成分偏析的发生。所得合金组织成分较均匀。采用元素粉末冶金方法得到的TiAl基合金组织为综合力学性能较差的近γ组织。目前，有关将TiAl基合金近γ组织转变为均匀细小全层片组织的研究比较少。而常用的获得均匀细小的全层片组织的方法有热机械处理，主要包括等温锻造、挤压、热模锻和轧制等，但这些方法容易导致试样表面开裂，并且热变形组织不均匀，而且生产成本较高，不适宜进行大批量的工业化生产。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉的制备具有细小全层片组织的TiAl基合金的方法。

本发明一种具有细小全层片组织的TiAl基合金的制备方法，其实施方案为：将粉末冶金TiAl基合金置于α相、β相转变温度T_α以上5～15℃，保护环境下保温15-25min，冷却，得到细小全层片组织的TiAl基合金；所述粉末冶金TiAl基合金基体组织为近γ组织或γ组织。

本发明一种具有细小全层片组织的Ti合金的制备方法，所述TiAl基合金是通过粉末冶金热等静压制备的。

本发明一种具有细小全层片组织的Ti合金的制备方法，所述粉末冶金TiAl基合金以原子摩尔百分比计包括Al：46-48%、Cr：2-4%、Nb：0-2%、W:0-0.2%、Mo:0-0.2%,余量为Ti。

本发明一种具有细小全层片组织的Ti合金的制备方法，所述α相、β相转变温度T_α是用热差分析(DSC)测得的。

本发明一种具有细小全层片组织的Ti合金的制备方法，所述保护环境是在合金表面均匀覆盖玻璃粉。

本发明一种具有细小全层片组织的Ti合金的制备方法，所述冷却方式为空冷。

本发明一种具有细小全层片组织的Ti合金的制备方法，细小全层片组织的TiAl基合金中细小全层片组织的晶团尺寸为150-320μm，层片间距为0.2-0.4μm。

本发明一种具有细小全层片组织的Ti合金的制备方法，所制备的具有细小全层片组织的TiAl基合金的室温抗拉强度为：420-480Mpa，高温抗拉强度为:530-570Mpa。

本发明的具体工艺步骤为：

第一步：用金相法测出待热处理的具有近γ组织或γ组织的粉末冶金TiAl基合金的α相、β相转变温度T_α；

第二步：

将粉末热等静压制备的具有近γ组织或γ组织的粉末冶金TiAl基合金用线切割机切取一定尺寸的热处理样品，并在试样表面涂敷一层玻璃粉后在T_α以上5～15℃，保温15-25min，冷却，得到具有细小全层片组织的Ti合金。

本发明具有以下优点

1、本发明对具有近γ组织或γ组织的粉末冶金TiAl基合金进行热处理得到均匀、细小的全层片组织，而不存在难以破坏原始粗大层片组织的问题，降低了热处理温度和保温时间，显著简化了实验流程。

2、与热机械处理等复杂的细化晶粒的方法相比，本发明具有更易控制合金的显微组织、生产工艺简单，所用设备均为常规的设备、生产成本低等优势。

3、本发明无需改变坯料的形状就能细化组织，既可以在合金成型之前进行组织优化，也可以直接对成型件进行热处理。可以处理大型块状坯料，因此适用于工业化生产。

4、采用本方法能够以较低的成本得到较为均匀、细小的全层片组织。层片的晶团尺寸为150-320μm，层片间距为0.2-0.4μm，室温抗拉强度也显著提高，从热处理之前的300-350MPa提高到420-480Mpa，而高温抗拉强度则为530-570Mpa。