[发明专利]一种钛铝合金全片层组织的调控方法

说明书

一种钛铝合金全片层组织的调控方法，在热等静压炉中进行致密化，致密化温度＞1230℃、压力＞130MPa。粉末致密化过程中在高温和压力的作用下，使得Mo元素充分扩散，不偏聚。由于Mo元素偏聚富集是形成B2相的重要条件之一，故能够有效抑制B2相的析出。本发明一次性实现全致密的TNM合金试样，相较于传统制备工艺，不仅可以获得全片层组织，还能够将B2相含量从大于10％有效降低到2％以下。

技术领域

本发明涉及粉末冶金领域，具体是一种合金成分范围为Ti-(42-45)Al-(3-5)Nb-(0.1-2)Mo-(0.1-0.2)B的合金全片层组织的调控方法。

背景技术

所述Ti-(42-45)Al-(3-5)Nb-(0.1-2)Mo-(0.1-0.2)B钛铝合金为第三代钛铝合金，在本领域中被称为TNM钛铝合金。由于具有低密度、高比强、良好的高温力学性能和优异的热成形能力，服役温度可达750℃，是航空领域应用的轻质高温金属结构材料。鉴于性能与显微组织有着密切联系，具有细小全片层组织的TiAl合金，可以获得优异的高温蠕变性能和断裂韧性。目前，采用传统的热加工工艺(如铸造、锻造)以及后续热处理工艺调控，TNM合金主要以近片层为主，且B2相含量较高，在服役温度条件下，B2相为硬脆相且不稳定，可以转变为ω相，在受载荷条件下容易成为裂纹源以及裂纹扩展通道，从而降低钛铝合金的高温服役性能及稳定性。另外，铸造TNM合金，不仅存在偏析和微裂纹，而且由于冷速较慢，B2相的析出量也较多；锻造TNM合金的加工温度窗口窄，β相的引入虽改善了合金的热加工性能，但是，室温下大量B2相是导致开裂、高温服役性能下降的主要因素。粉末热等静压工艺不仅可以避免TiAl合金铸造过程中带来的缺陷和成分偏析，也可以有效的降低B2相的含量，进一步通过优化热处理工艺调控获得全片层组织，有利于改善高温服役性能。

文献《Microstructural design and mechanical properties of a cast andheat-treated intermetallic multi-phase gamma-TiAl based alloy》发现铸态TNM合金在β单相区(1425℃/15min)热处理可以消除S偏析以及β偏析，使片层团细化，但是该方法中将合金铸件冷却室温再次升温，工艺流程较复杂，造成成本增加，多次经过韧脆转变温度时，容易造成应力集中会加速铸件的开裂倾向。论文《等温锻造Ti-44Al-4Nb-2.2Cr金属间化合物微观组织演变与力学性能研究》在合金的1200℃((α+γ+β)三相区)进行包套等温锻造，经过三次等温锻造，平均晶粒尺寸得到细化，但是B2相含量逐渐增加到25.6％。文献《Fracture and R-curve behavior of an intermetallicβ-stabilized TiAl alloywith different nearly lamellar microstructures》研究了不同B2相含量近片层组织单缺口拉伸的断裂行为进行了研究，结果表明含量较多且B2相连续分布在片层团界极易导致裂纹起裂和扩展。

综上所述，针对TNM合金传统加工方式难，成本高，且存在偏析和B2相含量较高的问题，希望开发出一种具有降低显微偏析、组织均匀性好、不含或少含B2相、细小全片层组织且成本较低的工艺方法。针对TNM合金，通过粉末热等静压近净成形技术和热处理工艺调控全片层组织的报道鲜有，也未有相应的专利公布。

发明内容

为了克服现有技术中TNM合金由于传统加工中偏析严重、B2相含量多，生产成本高等问题，本发明提出一种钛铝合金全片层组织的调控方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，粉末热等静压制备TNM合金试样：

取1.1～3.0kg的TNM预合金粉末装入纯钛包套内并振实。该TNM预合金粉末的粒度为60～250μm。对装有经过振实的TNM预合金粉末的包套除气并封焊除气口。将封焊好的纯钛包套放入热等静压炉中进行致密化处理，得到致密度达到99.98％的TNM合金试样。