[发明专利]一种兼具强度和塑性的TiAlCrRe合金及其制备方法

说明书

一种兼具强度和塑性的TiAlCrRe合金及其制备方法，本发明涉及一种兼具强度和塑性的TiAlCrRe合金及其制备方法，本发明的目的是为了解决现有TiAl合金强塑性不匹配的问题。本发明合金按照原子百分比由48％的Al、2％的Cr、0.2～1.2％的Re，余量的Ti组成。本发明制备的合金仅引入两种合金元素，通过真空电弧熔炼技术制备，不需要后续的热处理与热变形优化，铸态TiAl合金的室温压缩强度可以达到2398MPa，压缩应变可以达到39％。本发明应用于TiAl的制备领域。

技术领域

本发明涉及一种兼具强度和塑性的TiAlCrRe合金及其制备方法。

背景技术

TiAl合金作为金属间化合物，其优异的力学性能在某些方面可以与传统的Ni基高温合金比肩，其轻质的物化特点又顺应当前航空发动机减重节能的发展趋势，被公认为是极具发展潜力的新一代轻质高强叶片材料。采用TiAl合金制备的低压涡轮叶片已经投入使用，要想进一步实现发动机减重的目标，就要将TiAl合金应用在中压以及高压的热端部件中，这就意味着要继续提高TiAl合金的使用温度。但往往优异的强度是以降低塑性为代价的，这是限制TiAl合金发展的瓶颈问题。例如高Nb-TiAl合金可以在900℃下使用，但形成的较高含量的B2相会促进裂纹的扩展，使合金断裂失效。

较低的室温塑性缩小了TiAl合金的加工窗口，使热变形工艺复杂化，对工艺参数和设备的要求更加严格，这增加了时间与经济的成本。例如专利CN202110065533.8设计的包套叠轧方法制备了表面无裂纹，厚度均匀的板材。但该方法的压下量小，轧制成本高，道次繁多，轧制效率低，工业应用性小。因此，如何提高铸态合金的室温塑性是至关重要的问题。合金化是调控TiAl合金组织与性能的有效途径，TiAl合金的凝固路径是影响力学性能的重要因素之一，而凝固路径与合金元素密切相关，这是由于固态相变对合金元素的含量和种类敏感。研究表明，添加多种合金元素并不能产生协同效应，反而部分元素的作用被牵制，而且形成的析出相与TiAl基体产生较大的错配度，降低了相界面的结合能力，同时增加了凝固组织分析的难度。近年来，通过原位复合技术形成的增强相与TiAl合金基体的结合性良好，但其分布和尺寸难以控制，而且增强颗粒本身性脆，在提高强度的同时，无法兼得良好的塑性，还需要后续的调控方式辅助优化。

综上所述，常用的合金元素无法保证优异的强度与塑性的兼得，热加工工序多步复杂，难以精确把控工艺参数，对于要求综合性能良好的涡轮叶片材料来说，研究一种高性能TiAl合金已成为当前TiAl合金发展的主要趋势。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有TiAl合金强塑性不匹配的问题，提出一种兼具强度和塑性的TiAlCrRe合金及其制备方法。

本发明一种兼具强度和塑性的TiAlCrRe合金按照原子百分比由48％的Al、2％的Cr、0.2～1.2％的Re，余量的Ti组成。

一种兼具强度和塑性的TiAlCrRe合金的制备方法按以下步骤进行：

一、按照原子百分比48％的Al、2％的Cr、0.2～1.2％的Re，余量为Ti的比例称取原材料；

二、将原材料与钛块放入非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中，抽真空后充入氩气进行保护熔炼，冷却后，得到合金锭；

三、将合金锭反复熔炼2-5次，冷却得到TiAlCrRe合金。