[发明专利]一种置氢改善γ-TiAl合金锻造性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种置氢改善γ-TiAl合金锻造性能的方法。

背景技术

TiAl合金密度低、比强度高、比刚度高、弹性模量高、具有高的抗高温蠕变性能和抗氧化能力，因此被认为是最具潜力的高温结构材料之一。航空航天发动机是TiAl合金重要的应用领域。目前，航空航天发动机高温结构部件多采用镍基或其他高密度的高温合金，而利用轻质合金代替这些高密度合金是提高发动机推重比，进而提高发动机性能的重要途径。TiAl合金与目前广泛使用的镍基高温合金相比，最重要的优点之一是TiAl合金的密度低，仅为镍基高温合金的一半左右。但TiAl合金高温塑性变形能力相对较低，热加工性较差，较高的生产加工成本限制了TiAl合金材料的应用。目前提高TiAl合金的塑性的方法之一是，通过向合金中加入Mo、V、Nb、Cr和Ta等元素细化组织或获得高温塑性相β。但是Mo、V、Nb、Cr和Ta金属的密度与高温镍基合金的密度接近甚至更高，γ-TiAl合金中加入这些元素无疑会增加合金的密度。高温塑性相β在低温下转变成有序B2和ωo，会减小合金的抗蠕变性能和室温塑性。如何在不增加现有γ-TiAl合金密度、减小抗蠕变性能和室温塑性的情况下，改善其锻造性能是当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是在不增加现有γ-TiAl合金密度、减小抗蠕变性能和降低室温塑性的情况下改善γ-TiAl合金锻造性能，而提供一种置氢改善γ-TiAl合金锻造性能的方法。

本发明一种置氢改善γ-TiAl合金锻造性能的方法是按以下步骤进行：

一、将γ-TiAl合金表面采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗3～5次，然后放置于管式置氢炉内，将管式置氢炉内抽真空至绝对压力为1×10^-3Pa，再充入高纯的氩气至管式置氢炉内相对压力为-0.04MPa～-0.02MPa，然后在温度为700℃～800℃的条件下，通入氢气，其分压为0.05MPa～0.15MPa，保温2h～4h，随炉冷却至室温，最终得到置氢γ-TiAl合金坯料A；所述置氢γ-TiAl合金坯料A中氢原子百分比为0.2％～1％；

二、向步骤一得到的置氢γ-TiAl合金坯料A表面喷涂高温抗氧化剂至全部包覆完全，然后在温度为1100℃～1300℃的条件下保温至坯料热透，得到置氢γ-TiAl合金坯料B；

三、在应变速率为0.001s^-1～0.01s^-1、温度为1100℃～1300℃的条件下对步骤二得到的置氢γ-TiAl合金坯料B进行高温锻造，变形后在1100℃～1300℃温度范围内保温1h～2h后随炉冷却，得到置氢γ-TiAl合金锻件；所述高温锻造后置氢γ-TiAl合金坯料B在高度方向总变形量为50％～63％；

四、采用机械加工除去步骤三得到的置氢γ-TiAl合金锻件表面的高温抗氧化剂层，然后置于真空炉中进行除氢，在温度为700℃～800℃的条件下保温4h～6h，随炉冷却至室温，得到改善后的γ-TiAl合金。

本发明的有益效果是：

一、本发明在γ-TiAl合金中加入氢元素，加速了层片晶团分解，促进α₂相动态回复，促进γ相孪生变形，降低层错能，促进动态再结晶，进而降低合金变形抗力，与相同锻造条件下的未置氢合金相比，置氢合金的平均变形抗力下降约25％左右；二、置氢合金的锻造窗口增大；三、锻造完成后进行除氢热处理，不会增加合金的密度；四、有助于提高模具寿命，进而提高合金成形精度，同时节约能源。

附图说明

图1为实施例三中步骤三得到的置氢γ-TiAl合金锻件的显微组织图；

图2为实施例四中步骤三得到的未置氢γ-TiAl合金锻件的显微组织图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种置氢改善γ-TiAl合金锻造性能的方法是按以下步骤进行：

一、将γ-TiAl合金表面采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗3～5次，然后放置于管式置氢炉内，将管式置氢炉内抽真空至绝对压力为1×10^-3Pa，再充入高纯的氩气至管式置氢炉内相对压力为-0.04MPa～-0.02MPa，然后在温度为700℃～800℃的条件下，通入氢气，其分压为0.05MPa～0.15MPa，保温2h～4h，随炉冷却至室温，最终得到置氢γ-TiAl合金坯料A；所述置氢γ-TiAl合金坯料A中氢原子百分比为0.2％～1％；