[发明专利]一种高性能Ti2AlNb粉末合金的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明属于轻质高强钛铝金属间化合物粉末合金的热处理技术领域，具体涉及一 种高性能Ti₂AlNb粉末合金的热处理工艺。

背景技术

Ti₂AlNb是以有序正交结构O相为基础的金属间化合物合金，成分通常在Ti-(18- 30)Al-(12.5-30)Nb范围，并含有少量的Mo、V和Ta等合金元素。由于长程有序的超点阵结构 减弱了位错运动和高温扩散，因而该合金不仅具有较高的比强度、比刚度，还有高温蠕变抗 力、断裂韧性高、抗氧化性好、热膨胀系数低等特点，因此已经成为最具潜力的新型航空航 天用轻质高温结构材料。

Ti₂AlNb合金化程度高,在熔炼过程中易出现宏观成分偏析,在凝固过程中易出 现缩孔、疏松等铸造缺陷,室温塑性低且离散度大。目前制备Ti₂AlNb合金构件的主要方 法为铸锭热变形+机加工的方法，锻造遗传组织分布不均匀易导致后续机加工产生裂纹。采 用粉末热等静压工艺能够解决熔铸Ti₂AlNb合金宏观成分偏析、微观组织不均匀以及难加 工等问题，突破了铸锭尺寸和热变形设备的局限对变形Ti₂AlNb合金形状及尺寸的限制, 可以成型大尺寸复杂构件，且成分均匀，组织细小，致密化程度高，性能一致性好。然而热等 静压态的Ti₂AlNb合金室温塑性差，高温强度低，需要进行热处理来改善高温使用环境下的 综合力学性能。然而常规热处理工艺（如固溶或固溶+时效）获得的Ti₂AlNb合金面临着高温 环境下不稳定或高温塑性差等问题，本发明采用固溶+二级时效的热处理工艺能够解决当 前Ti₂AlNb合金在高温环境使用中面临的问题。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高性能Ti₂AlNb粉末合 金的热处理工艺，解决了常规工艺面临的Ti₂AlNb合金在高温环境下不稳定且塑性差等问 题，获得的Ti₂AlNb合金具有优异的室温和高温力学性能以及优异的持久寿命，且高温环境 下性能稳定，能够满足航空航天领域的应用要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高性能Ti₂AlNb粉末合金的成型 工艺，包括以下步骤：

1）使用等离子旋转电极制粉设备，在惰性气体保护条件下将熔铸Ti₂AlNb合金棒制成 球形粉末；

2）将步骤1）制备的球形粉末装入包套并振实，除气后进行热等静压成型；

3）对步骤2）制备的热等静压粉末合金进行固溶和两级时效的热处理，固溶工艺为：温 度800-1200℃，时间0-10小时；第一级时效工艺为：温度750-950℃，时间：2-24h；第二级时 效工艺为：温度650-850℃，时间8-48h；制得Ti₂AlNb粉末合金。

该方法制得的Ti₂AlNb粉末合金具有优异的室温和高温综合力学性能以及优异的 持久寿命，且高温环境下性能稳定。

所述的Ti₂AlNb粉末合金，室温性能：屈服强度大于900MPa，抗拉强度大于 1000MPa，断后伸长率大于15%；高温性能：屈服强度大于700MPa，抗拉强度大于800MPa，断后 伸长率大于14%，持久寿命大于85h。

本发明的有益效果在于：

针对粉末热等静压Ti₂AlNb合金，经过固溶+二级时效的热处理工艺，获得的Ti₂AlNb合 金具有优异的室温和高温力学性能以及优异的持久寿命，且高温环境下性能稳定，其成型 件能够满足航空航天领域的应用需求。

使用本方法对粉末热等静压Ti₂AlNb合金进行热处理，获得的Ti₂AlNb合金，室温性 能：屈服强度大于900MPa，抗拉强度大于1000MPa，断后伸长率大于15%，高温性能：屈服强度 大于700MPa，抗拉强度大于800MPa，断后伸长率大于14%，持久寿命大于85h。

附图说明

图1为常规热处理工艺获得的Ti₂AlNb粉末合金微观组织照片。