[发明专利]一种抑制Ti-42Al-5Mn合金B2相长期时效过程Laves相析出的方法

说明书

本发明公开了一种抑制Ti‑Al‑Mn合金B2相长期时效过程Laves相析出的方法，属于TiAl合金技术领域。该方法制备了Mo合金化Ti‑42Al‑5Mn合金，包括真空感应熔炼、锻造、热处理、长期时效处理，要求Mo合金化含量控制在0.5～1.0at.％。本发明通过采用Mo合金化方式，利用Mo极强的β稳定作用，提高Ti‑42Al‑5Mn合金中B2相的热稳定性，避免在服役温度下B2相中Mn的大量扩散富集致使Ti(Al,Mn)₂(Laves)大量析出。

技术领域

本发明涉及TiAl合金技术领域，具体涉及一种抑制Ti-42Al-5Mn合金B2相长期时效过程Laves相析出的方法。

背景技术

TiAl基合金具有低密度(～4g/cm³)、高比强度、较好抗氧化性能等优点，在600～900℃温度区间有望取代高温合金，制备某些航空航天结构件及地面动力系统转动或往复运动结构件，实现推力重量比值和燃油效率的大幅度提高，被认为是具有应用潜力的新一代轻质耐高温结构材料。在诸多TiAl合金中，变形TiAl合金(β型γ-TiAl)的冶金缺陷和包晶偏析大幅减少，且具有细小均匀的组织、更高的室温和高温强度。同时良好热机械加工性可保证合金较低制造成本下加工出各种形状的工件。因此，变形TiAl合金已成为了近年TiAl合金领域研究的重点与热点。

在实现此类变形合金工业应用时必须要考虑的一个关键问题则是其在近服役温度下的组织性能热稳定性。与传统γ-TiAl合金不同，β型γ-TiAl合金在强β稳定元素作用下，部分高温β相将保留至室温成为有序化的β_o(B2)，致使其室温组织由传统γ-TiAl合金的(γ+α₂)两相演变为(γ+α₂+β_o)三相。目前研究证实，β型γ-TiAl合金中B2相在高温下不稳定，可能发生失稳转变，导致其构件长期服役时性能不稳定，严重影响合金的使役性能和安全可靠性。从目前文献报道看，β型γ-TiAl合金中B2相存在的转变主要包括B2→ω_o(脆性相)和B2→γ两种，发生的温度大约在700～950℃范围内，且报道合金主要集中在含Nb的TiAl合金中(Nb≥4.0at.％)，这是因为Nb是公认的ω形成元素。近来研究指出，金属Mn不仅是极强的β相稳定元素(稳定作用约为Nb的8/3倍)改善合金的热加工性，同时Mn还可在一定程度上抑制B2→ω_o脆性转变。此外，金属Mn的成本还显著低于Mo、Nb等元素。因此，以Ti-Al-Mn为基的γ-TiAl合金近年来也引起国内外学者们的重点关注，其中以日本NIMS在2002年研发的Ti-42Al-5Mn为典型代表，该合金可实现常规条件下的锻造变形，大幅降低了部件制造成本，且有报道指出该合金制备的气阀已应用于日本某型号的赛车发动机上。

然而，近期研究发现，尽管β凝固的Ti-42Al-5Mn合金不会析出ω_o脆性相，但在较高温度(如650℃以上)服役条件下B2相却会发生B2→Laves(Ti(Al,Mn)₂)有害转变，进而影响合金高温服役组织稳定性，限制了该低成本、易变形TiAl合金在更高温度工况下的应用。因此，为实现含Mn的β型γ-TiAl合金的工业应用，十分必要探寻有效的手段对上述脆化转变进行调控，以提高合金长期服役组织的热稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种抑制Ti-42Al-5Mn合金B2相长期时效过程Laves相析出的方法，该方法采用Mo合金化方式，利用Mo极强的β稳定作用，提高Ti-42Al-5Mn合金中B2相的热稳定性，避免在服役温度下B2相中Mn的大量扩散富集致使Ti(Al,Mn)₂(Laves)大量析出。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种抑制Ti-42Al-5Mn合金B2相长期时效过程Laves相析出的方法，包括如下步骤：

(1)采用真空感应熔炼方式冶炼含Mo元素的Ti-42Al-5Mn合金铸锭；