[发明专利]一种细化TiAl合金片层组织的冷坩埚定向凝固方法

说明书

一种细化TiAl合金片层组织的冷坩埚定向凝固方法，属于TiAl合金处理技术领域。所述方法为：制备成分为Ti‑47Al‑2Nb‑2Cr‑0.2C的合金铸锭；将该合金铸锭加工成冷坩埚定向凝固实验用圆棒；在多功能冷坩埚电磁约束精确成形定向凝固设备中，将圆棒制备成TiAl金属间化合物定向凝固试样；对TiAl金属间化合物定向凝固试样进行定向凝固实验，测量实验过程中TiAl合金固相中的温度梯度，得出冷却速率；改变定向凝固TiAl合金的冷却速率，制备具有不同片层厚度的定向凝固TiAl合金。本发明通过增加冷坩埚定向凝固过程中的抽拉速率，进而提高定向凝固TiAl合金的冷却速率，细化定向凝固TiAl合金的片层组织，不破坏其定向凝固效果，对提高TiAl合金的室温塑性，实现其工程化应用具有十分重要的意义。

技术领域

本发明属于TiAl合金处理技术领域，具体涉及一种细化TiAl合金片层组织的冷坩埚定向凝固方法。

背景技术

近年来针对TiAl基合金的研究日渐受到各国高温合金研究者的重视。TiAl基合金具有一般金属和合金所没有的高比强度、高比刚度以及良好的高温抗氧化、抗蠕变和抗氢脆等特性，被认为是下一代的新型发动机材料。通过定向凝固方法制备的TiAl合金能够显著提高其性能。定向凝固过程中，由于冷却速率较慢，导致定向凝固TiAl合金的片层厚度粗大。然而，对于定向凝固TiAl合金而言，片层厚度是一个十分重要的参数，屈服强度、显微硬度和断裂韧性等与片层厚度之间满足Hall-Petch关系。片层越细合金的屈服强度、显微硬度和断裂韧性越高。此外，细化片层组织能有效改善TiAl合金本征的室温脆性。

TiAl合金中的(α₂+γ)片层结构是由高温α相经由α→α+γ→α₂+γ相变路径形成。在此固态相变过程中，冷却速率决定了最终的片层厚度，冷却速率越高，获得的定向凝固TiAl合金的片层组织越细小。因此，提高冷坩埚连续熔铸时的冷却速率能够细化定向凝固TiAl合金的片层厚度。

发明内容

本发明的目的是为了解决冷坩埚连续熔铸过程中定向凝固TiAl合金片层组织粗大的同时，提高定向凝固TiAl合金的冷却速率的问题，提供一种细化TiAl合金片层组织的冷坩埚定向凝固方法。该方法在细化TiAl基合金片层的同时获得了定向凝固组织，为研究冷却速率对定向凝固TiAl合金片层厚度的影响奠定研究基础，对于研究细化定向凝固TiAl基合金片层组织具有十分重要的意义。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种细化TiAl合金片层组织的冷坩埚定向凝固方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：制备成分为Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.2C的合金铸锭；

步骤二：将Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.2C合金铸锭加工成冷坩埚定向凝固实验用圆棒；

步骤三：在多功能冷坩埚电磁约束精确成形定向凝固设备中，将定向凝固实验用圆棒制备成TiAl金属间化合物定向凝固试样；

步骤四：对TiAl金属间化合物定向凝固试样进行定向凝固实验，测量实验过程中TiAl合金固相中的温度梯度，计算出冷却速率；

步骤五：改变定向凝固TiAl合金的冷却速率，进而制备具有不同片层厚度的定向凝固TiAl合金。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

1、本发明通过增加冷坩埚定向凝固过程中的抽拉速率，进而提高定向凝固TiAl合金的冷却速率，细化定向凝固TiAl合金的片层组织，同时不破坏其定向凝固效果，对提高TiAl合金的室温塑性，实现其工程化应用具有十分重要的意义。

2、本发明可以获得连续生长的柱状晶组织，显著细化了TiAl基合金的片层组织，片层厚度由350nm下降到220nm。

附图说明