[发明专利]一种原位亚微米颗粒增强细晶高强TiAl合金的制备方法在审
申请号: | 201811216040.4 | 申请日: | 2018-10-18 |
公开(公告)号: | CN109280789A | 公开(公告)日: | 2019-01-29 |
发明(设计)人: | 陈玉勇;张冬冬;孔凡涛;刘娜;张国庆 | 申请(专利权)人: | 哈尔滨工业大学 |
主分类号: | C22C1/04 | 分类号: | C22C1/04;C22C14/00;C22C30/00 |
代理公司: | 哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109 | 代理人: | 岳泉清 |
地址: | 150001 黑龙*** | 国省代码: | 黑龙江;23 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 亚微米颗粒 细晶 制备 合金 合金室温 预合金 金属材料力学性能 惰性气体气氛 惰性气体雾化 高温力学性能 不锈钢圆筒 热等静压炉 微米级粉末 氩气 残余空气 高温拉伸 烧结 球形度 致密化 多炉 放入 封焊 洗气 铸锭 装入 抽出 应用 | ||
一种原位亚微米颗粒增强细晶高强TiAl合金的制备方法,本发明涉及一种原位亚微米颗粒增强细晶高强TiAl合金的制备方法。本发明的目的是为了解决TiAl合金室温和高温力学性能低以及塑性差的问题,本发明方法为:使用Ti43Al9V0.3Y的多炉预合金铸锭,用惰性气体雾化法制备出球形度高的微米级粉末,再装入不锈钢圆筒中,真空下抽出残余空气,并充入氩气洗气,封焊。放入热等静压炉中,在高温、高压和惰性气体气氛下烧结并致密化预合金粉末,即完成。本发明TiAl合金室温强度和塑性分别增加约50%和52%;700℃高温拉伸强度和塑性分别增加32.8%和31.4%。本发明应用于金属材料力学性能领域。
技术领域
本发明涉及一种原位亚微米颗粒增强细晶高强TiAl合金的制备方法。
背景技术
随着航空航天飞行器的速度越来越快,飞行器表面与空气摩擦导致的温升越来越高,部分热区温度已经超越了超过了传统的铝合金和钛合金使用温度,高温合金的耐高温能力达1100℃,但是其密度大,用于航空航天器不符合轻量化的趋势,迫切需要一种新型的轻质薄板结构材料作为飞行器表面热区蒙皮。同时随着对推力和节油降耗的不断追求,发动机推重比的提高对飞机的性能提升有重要意义,而结构减重是提升发动机推重比的重要手段。TiAl合金具有比强度高、比刚度高、抗氧化性好、密度不到高温合金一半,高温强度和塑性均衡等优点,是极具潜力应用于飞行器热区蒙皮、航空发动机热端部件的新一代轻质高温结构材料。
但是TiAl合金具有本征脆性,室温下的塑性仅有0.5%~4%,塑性加工的能力差。通过直接铸造的方法制备出的TiAl合金组织粗大、偏析严重、缩孔、缩松等铸造缺陷进一步恶化了TiAl的力学性能。采用塑性加工的方法能够破碎TiAl的粗大组织、细化晶粒、致密组织,提升性能。但是一般需要在1000℃以上的高温环境进行,TiAl坯料必须包套以防氧化并施加外加压应力。在塑性加工过程中难以做到均匀变形,造成TiAl合金的组织性能不均匀。粉末冶金法是将TiAl合金粉末通过烧结致密化后形成特定形状的致密TiAl合金,其中通过热等静压(HIP)方法可以将烧结与致密化合在一起进行,减少了工艺步骤。粉末冶金的方法具有节省材料、组织细小均匀的特点。但是粉末冶金法制备粉末的过程中由于粉末比表面积大,造成氧含量偏高,从而恶化TiAl合金塑性。
稀土Y元素具有高的化学活性,低氧势,易于和氧元素发生反应生成氧化物。已有相关研究在铸造TiAl合金中加入Y元素。但是在熔炼过程中由于炉料中的氧含量有限,不能够与Y元素结合生成颗粒状的氧化物,而是形成微米级的网状脆性相Al2Y,这种网状脆性相会分割基体,在受到应力状态下易断裂从而恶化材料的力学性能。现有Ti43Al9V0.3Y合金的室温强度和塑性分别为500MPa~530MPa和0.5%~1%,700℃下强度和塑性分别达到450MPa~500MPa和5%~7%;Ti43Al2Cr2Mn0.2Y铸态合金室温强度和塑性仅有450MPa和0.57%,700℃下强度和塑性分别为496MPa和10%。
发明内容
本发明的目的是为了解决TiAl合金室温和高温力学性能低以及塑性差的问题,提供了一种原位亚微米颗粒增强细晶高强TiAl合金的制备方法。
本发明一种原位亚微米颗粒增强细晶高强TiAl合金的制备方法是按以下步骤进行的:
一、采用惰性气体雾化法将Ti43Al9V0.3Y的预合金锭制成微米级TiAl合金粉末,过筛;
二、将不锈钢薄板焊接为圆柱筒,把过筛后的TiAl合金粉末填充进圆柱筒,压实,抽真空,然后充入氩气,反复洗气,在5×10-1Pa/450℃高真空条件下除气15~20h,然后进行封焊;
三、将封焊后的圆柱筒放入热等静压炉中,在高温、高压和惰性气氛下进行烧结和致密化过程,得到致密的TiAl合金。
本发明的有益效果:
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