[发明专利]以高熔点金属为基底籽晶控制TiAl基合金定向凝固组织片层取向的方法

说明书

以高熔点金属为基底籽晶控制TiAl基合金定向凝固组织片层取向的方法，它涉及一种TiAl基合金定向凝固方法，具体涉及采用一种高熔点金属作为基底籽晶材料进行定向凝固控制TiAl基合金定向凝固组织片层取向的方法。本发明是为了解决在常规籽晶法定向凝固过程中成分过渡区较长的问题。本方法：一、母合金熔炼；二、高熔点金属与定向凝固棒料连接；三、启动定向凝固。本发明与传统的籽晶法相比，采用高熔点金属做基底籽晶材料定向凝固时，该方法具有较短的成分过渡区、简化的工艺以及较高的生长稳定性等优点。本发明属于TiAl基合金定向凝固领域。

技术领域

涉及本发明涉及一种TiAl基合金定向凝固方法，具体涉及采用一种高熔点金属作为基底籽晶材料进行定向凝固控制TiAl基合金定向凝固组织片层取向的方法。

背景技术

TiAl基合金是一种在航空航天领域极具应用前景的中高温结构材料，其使用温度范围在650℃～1000℃之间。TiAl基合金的室温组织通常由γ相(TiAl)和α₂相(Ti₃Al)构成，研究表明，全片层组织(α₂+γ)具有最佳的综合力学性能。但是，全片层TiAl基合金的片层取向具有明显的各向异性，当片层取向与合金受力方向一致时，全片层TiAl合金可表现出最佳的强塑性。

目前采用定向凝固技术控制TiAl合金基合金中的片层取向已成为国内外研究热点，但是，由于TiAl合金本身作为一种金属间化合物，其凝固过程的复杂性导致了定向凝固控制其片层结构具有很大的难度。其在经历一系列复杂液固相变之后的固固相变过程后会形成γ/α₂片层结构，液/固相变过程中，不同的初生相导致后续凝固路径及最终片层取向的不同，人们以两种不同的初生相所对应不同的凝固路径为界点，将采用定向凝固技术控制片层取向分为两种方法，即控制凝固路径法和籽晶法。

籽晶法定向凝固TiAl合金是以控制α相为领先相，将符合要求的籽晶放置在熔化合金的底部，使定向凝固合金在籽晶的基础上生长，从而α相在底部籽晶的引晶作用下形成与生长方向平行的片层组织。但是，在籽晶法定向凝固过程中，籽晶合金与定向凝固合金的成分往往不同，目前最常用的籽晶合金Ti-43Al-3Si合金，该籽晶合金与目前综合性能优异且具有使用前景的TiAl基合金成分差异较大，如Ti-48Al-2Cr-2Nb、Ti-48Al-5Nb等。因此，在籽晶法定向凝固过程中，籽晶合金与定向凝固合金之间往往存在较长的成分过渡区。在定向凝固过程中，成分过渡区往往也是微观组织转变的关键阶段，较长的成分过渡区可能会使微观组织遗传的转变时间拉长，减弱了片层取向的稳定性。

发明内容

本发明的目的是为了解决在常规籽晶法定向凝固过程中成分过渡区较长的问题，提供了一种以高熔点金属为基底籽晶控制TiAl基合金定向凝固组织片层取向的方法。

以高熔点金属为基底籽晶控制TiAl基合金定向凝固组织片层取向的方法按照以下步骤进行：

一、母合金熔炼：采用真空感应水冷铜坩埚对TiAl基合金进行熔炼，并浇铸出母合金锭；

二、高熔点金属与定向凝固棒料连接：采用电火花切割方法从母合金铸锭中切取圆柱棒料，将相同直径的高熔点金属与该圆柱棒料物理粘合至一起，放入陶瓷管中，再将陶瓷管装入有高纯氩气保护的Bridgman定向凝固炉中，且高熔点金属与圆柱棒料的连接界面低于定向凝固起始的凝固界面；

三、启动定向凝固：启动Bridgman定向凝固炉，加热至1500℃～1800℃并进行热稳定化处理15分钟～30分钟，启动定向凝固抽拉装置，在定向凝固生长速率为10μm/s～50μm/s、10℃/mm～30℃/mm的温度梯度下进行定向凝固，至定向凝固40mm时，进行快速淬火，当定向凝固室内温度降低至200℃以下时，打开定向凝固室，得到定向凝固合金铸锭。