[发明专利]一种含B、Y的细晶TiAl合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种TiAl合金的制备方法。

背景技术

TiAl合金是一种新型的高温结构材料，具有高熔点、低密度、高弹性模量以及较好 的高温强度、阻燃能力、抗氧化性等优点，是一种具有广阔应用前景的新型轻质耐热高温 结构材料，被认为是极具竞争潜力的下一代航空发动机用结构材料之一。然而，TiAl合 金粗大的组织及低的室温塑性限制了其广泛应用。数十年来，国内外学者在TiAl合金的 组织和性能方面做了大量的探索与研究。结果显示，通过加入一定量B、Y等元素，在凝 固过程中硼化物、氧化钇、碳化物阻碍TiAl合金的枝晶长大，可以细化TiAl合金的铸态 组织。而这种细化方法会存在以下缺点：B、Y等元素对TiAl合金的细化有所谓“阈值”， 即必须加入相当的量的B、Y等元素，才能起到细化效果，少于这个“阈值”则不能达到 细化的效果。但是超过“阈值”的B、Y等元素的加入会在晶界析出大量的硼化物、氧化 钇，降低晶界间的结合能，降低合金强度、塑性。所以目前需要引入一种新的B、Y元素 的加入方式，减弱大量B、Y元素对合金室温性能的不良影响。

发明内容

本发明的目的是要解决通过添加B、Y元素来细化TiAl合金组织而产生的添加量过 少达不到细化效果以及添加量过多导致合金室温性能不良的问题，而提供一种含B、Y的 细晶TiAl合金的制备方法。

本发明的一种含B、Y的细晶TiAl合金的制备方法按以下步骤进行：

一、将海绵钛、铝锭、硼粉和钇铝中间合金通过金属压块机压块成型，得到块体；压 块前将海绵钛分成两份，压块时自下而上各层分别为其中一份海绵钛、铝锭、硼粉、钇铝 中间合金和另一份海绵钛；

二、将步骤一得到的块体放入到水冷铜坩埚感应熔炼炉中，然后将水冷铜坩埚真空感 应熔炼炉抽真空至1.0×10^-3mbar～3.0×10^-3mbar，再以10kW/min～15kW/min的速率将熔炼 功率升至85kW～90kW，然后在85kW～90kW的恒定功率下熔炼300s～360s，得到熔体；

三、先将金属铸型预热至温度为300℃～400℃，然后将步骤二得到的熔体浇铸到预热 后的金属铸型中，浇铸完成后随炉冷却，得到含B、Y细晶TiAl合金；所述的含B、Y 细晶TiAl合金中各元素原子百分含量为43％～48％的Al、0.1％～0.4％的B、0.02％～0.2％的 Y和余量的Ti。

本发明的一种含B、Y的细晶TiAl合金的制备方法按以下步骤进行：

一、将海绵钛、铝锭、含元素X的物质、硼粉和钇铝中间合金通过金属压块机压块 成型，得到块体；压块前将海绵钛分成两份，压块时自下而上各层分别为其中一份海绵钛、 铝锭、含元素X的物质、硼粉、钇铝中间合金和另一份海绵钛；所述的含元素X的物质 为铝铌中间合金、铝钒中间合金、铝钼中间合金、钨粉、金属铁和金属铬中的一种或几种， 且所述的含元素X的物质中元素X为非铝元素；

二、将步骤一得到的块体放入到水冷铜坩埚感应熔炼炉中，然后将水冷铜坩埚真空感 应熔炼炉抽真空至1.0×10^-3mbar～3.0×10^-3mbar，再以10kW/min～15kW/min的速率将熔炼 功率升至85kW～90kW，然后在85kW～90kW的恒定功率下熔炼300s～360s，得到熔体；

三、先将金属铸型预热至温度为300℃～400℃，然后将步骤二得到的熔体浇铸到预热 后的金属铸型中，浇铸完成后随炉冷却，得到含B、Y细晶TiAl合金；所述的含B、Y 细晶TiAl合金中各元素原子百分含量为43％～48％的Al、0.01％～9％的合金元素X、 0.1％～0.4％的B、0.02％～0.2％的Y和余量的Ti。

本发明有益效果

本发明是在合金熔炼过程中加入低于细化阈值的硼元素和微量的钇元素，在不过多引 入第二相粒子的情况下细化组织，有利于提高了材料的拉伸强度和延伸率。

本发明的优点在于：所获得的片层团组织尺寸细小，提高了TiAl合金的使用性能， 增大TiAl合金的利用率，降低铸态合金应用前的机械加工成本。

附图说明

图1为对照试验一得到的Ti-45Al-5Nb合金的SEM照片；

图2为对照试验二得到的Ti-45Al-5Nb-0.2B合金的SEM照片；