[发明专利]一种高Nb-TiAl合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有色金属熔炼领域，尤其涉及一种高Nb-TiAl合金及其真空磁悬浮熔炼工艺。

背景技术

 TiAl基金属间化合物合金具有轻质，高温强度高，高温抗氧化性好的特点，对于飞机发动机减重，提高发动机的推重比，降低能耗具有重要意义，高Nb含量的加入使TiAl合金的液相线温度提高了约100℃，高温强度提高了300~500MPa，并且研究表明Nb的添加显著的提高了高温抗氧化性，因此在航空发动机700~900℃的工作温度内具有很大的应用潜力。

高Nb-TiAl合金的力学性能主要由组织所决定，合金中的偏析，夹杂，间隙杂质元素均会引起组织以及力学性能的不均匀，并会进一步影响挤压，锻造和轧制过程。高Nb-TiAl合金的组织受Al含量的影响较大，Al含量的不同会引起合金不同的凝固方式，产生不同固态转变产物，并且Al元素相比于Ti和Nb具有优先挥发性，因此在高Nb-TiAl合金制备过程中Al含量的控制需引起足够的重视。具有高熔点的Ti在熔融下具有很强的吸气性，因此高Nb-TiAl合金的含氧量相比钢铁材料高一个数量级。根据采取的制备工艺不同，其氧含量通常在500~1000wtppm，氧在TiAl合金中以间隙固溶和氧化物的形式存在，较高的氧含量不仅会恶化材料的力学性能，而且对TiAl合金凝固后的固态转变也有较大影响，因此航空航天用材对TiAl合金的氧含量也有着严格的要求。

基于以上特点，高Nb-TiAl合金的制备广泛采用真空冶炼以及水冷铜坩埚技术，常见的制备方式有真空自耗电弧熔炼法（VAR），等离子束冷床熔炼法(PAM)，真空感应熔炼法(ISM)。高Nb-TiAl合金的质量与制备方法有关，同时还与制备工艺有关，但上述方法均存在合金的含氧量高、Al含量和成分的均匀性难以保证的问题，从而导致锻造及轧制性能不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，现有技术中，高Nb-TiAl合金的成分不均匀、Al的挥发损失和含氧量高，从而影响其加工性能及高温的力学性能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案。

 一种高Nb-TiAl合金的制备方法，此制备方法为两次真空磁悬浮熔炼，并且在两次熔炼中采取不同的工艺制度。

上述制备方法的优选方案为，所述熔炼分为两次，第一次，先将物料置于坩埚中抽真空，在低功率的预热后充入高纯Ar气，然后将功率调至35-45kw使Al块完全熔化后，将功率调至85-110kw，熔炼15-25分钟后,停止加热使合金随水冷铜坩埚冷却；第二次，抽真空，先低功率35-45kw烘料后，将功率提升至85-110kw，待物料熔化形成驼峰后，充入高纯Ar气，后将功率提高到110-125kw熔炼8-15分钟，后将功率降低至85-110kw浇注。

上述制备方法的优选方案为，所述第一次熔炼的工艺为，在水冷铜坩埚内放置海绵钛、高纯Al块，将AlNb74（wt.%）中间合金放于布料斗中，当真空度达到5.5×10^-3pa后，进行功率为15-25kw、3-5分钟的预热后充入高纯Ar气使熔炼室达450Pa以上，再将功率加至35-45kw，使Al块完全熔化物料气体完全释放后，将功率加到85-110kw熔炼15-25分钟，熔体驼峰形成后加入布料斗中的AlNb74(wt.%)中间合金，最后停止功率使合金熔体随水冷铜坩埚冷却；第二次熔炼的工艺为，抽真空至5.5×10^-3pa后，进行功率为35-45kw、5-15分钟的预热后，将功率升至85-110kw熔炼，待坩埚中物料熔化形成驼峰后，封闭炉体并充入高纯Ar气，使熔炼室达360-400Pa，将熔炼功率加到115-125Kw熔炼8-15分钟，后将功率降至85-110kw浇注，得到本发明的高Nb-TiAl合金。