[发明专利]一种细化TiAl合金全片层团尺寸的热处理方法

说明书

本发明提出了一种细化TiAl合金全片层团尺寸的热处理方法，属于金属材料制备技术领域。与TiAl合金的其它组织相比，全片层TiAl合金组织具有较高的高温强度、抗蠕变性能和断裂韧性。但全片层组织需将合金加热到单相α相区进行热处理，在此高温单相条件下晶粒长大严重，导致全片层团尺寸粗大，室温韧塑性严重下降，影响室温加工及装配。细小的全片层组织是TiAl合金的理想组织。本发明通过淬火和回火两步热处理工艺，可最终获得细小的全片层组织，平均片层团尺寸控制在20～100μm。由于兼具高温使用性能和低温韧塑性，这种细小的全片层组织具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于金属材料制备技术领域，特别涉及一种通过淬火得到细小的马氏体组织，再进行适当回火得到细小的全片层组织的热处理方式。

背景技术

TiAl合金由于具有比重轻、强度高、高温力学性能和抗氧化性优异等特点，成为近年来人们研究开发的热点。TiAl合金的密度仅为镍基高温合金的一半，在600～900℃温度区间有可能取代高温合金制作某些航空航天结构件以及地面动力系统转动或往复运动结构件，可实现推力重量比值和燃油效率的大幅度提高。

TiAl合金有四种典型的微观组织：近γ组织(NG)、双态组织(Duplex)、近片层组织(NL)以及全片层组织(FL)。由于全片层组织相较于其它组织具有更高的高温强度、抗蠕变性能和断裂韧性，是TiAl合金应用的理想组织。而细小的晶粒(片层团)有助于提高TiAl合金的强度和塑性，因此细小均匀的全片层团组织是研究的方向和热点。

目前TiAl合金细化片层团的方法途径主要有：热加工法、添加细化剂法、合金化法以及热处理法等。

其中，通过热加工来细化TiAl合金片层团的报道主要有：L.Cheng等人在Journalof Alloys and Compounds杂志发表的《Deformation and dynamic recrystallizationbehavior of a high Nb containing TiAl alloy》和G.Wang等人在Materials Scienceand Engineering A发表的《Flow behavior and microstructure evolution of a P/MTiAl alloy during high temperature deformation》等。这些文献报道了热加工对TiAl合金片层团大小的影响，主要是通过在高温时进行适当的变形引起动态再结晶，使TiAl合金片层团破碎再发生球化从而细化晶粒。一般热加工后的TiAl合金是双态组织，要想得到全片层组织，还需二次加热到α单相区保温进行全片层处理。由于在α单相区晶粒容易异常长大，导致片层团组织粗大(一般在200～1000μm)，从而导致所得到的全片层组织塑性较差。为了避免晶粒在α单相区异常长大，可将二次加热温度降低，获得组织较细小的近片层组织，但其高温力学性能又将受到影响。

通过添加细化剂细化片层团的报道主要有：D.Hu在Intermetallics杂志上发表的《Effect of composition on grain refinement in TiAl-based alloys》和T.T.Cheng在Intermetallics杂志上发表的《The mechanism of grain refinement in TiAl alloysby boron addition an alternative hypothesis》等，这些报道主要讲述了通过添加B元素作为细化剂形成TiB或TiB₂作为异质形核核心来促使晶粒形核从而引起晶粒细化，并探讨了B元素对片层团的细化机制和对相变以及性能的影响。但是B元素的细化效果在一定量后趋于饱和，过量的细化剂将对力学性能产生不利影响。