[发明专利]一种变形TiAl合金组织均匀化调控方法

说明书

本发明涉及一种变形TiAl合金的组织均匀化调控方法，属于航空航天及汽车制造领域用的铝钛合金。本发明主要针对变形TiAl合金的组织形态以及片层团、片层间尺寸进行调控。变形TiAl合金随热处理炉从室温加热至(α+γ)双相区中上部温区保温7～24h，随后快速转移至γ固溶温度以上0～50℃的高温炉中保温5～60min，再快速转移至共析转变温度附近另一高温炉保温0～60min，随后控温冷却得到微观组织分布均匀的TiAl合金。本发明通过多步热处理，可以获得微观组织分布均匀、尺寸细小的全片层或近全片层组织，片层团尺寸可控制在40～100μm。本方法流程短、工艺简单、可操作性强，无需淬火处理避免产生微裂纹，为变形TiAl合金组织的均匀化提供方法。

技术领域

本发明涉及航空航天及车辆等领域用TiAl合金，更具体地，特别涉及一种变形TiAl合金组织均匀化调控方法。

背景技术

TiAl合金由于具有轻质高强、高温力学性能优良、抗氧化性能突出等优势，是未来航空航天实现轻量化的研究热点。TiAl合金密度是现役高温合金的一半，为4.1～4.3g/cm³，其在600-900℃的高温区间能够保持良好的高温性能。由此，该合金成为航空航天及车辆发动机增加推重比、提升燃油效率、实现轻量化的最佳迭代材料，目前有报道已在PW1100G-JM型号的航空发动机应用。

TiAl合金具有四种典型的微观组织，近γ组织(Near gamma,NG)、双态组织(Duplex,DP)、近片层组织(Nearly full lamellar,NL)以及全片层组织(Full lamellar,FL)。其中，全片层组织相较于其它组织具有更高的高温强度、抗蠕变性能和断裂韧性，是TiAl合金应用的理想组织。根据Hall-etch关系，晶粒的逐步减小对合金强度和塑性有提升作用，因此细小均匀的全片层组织是该类合金应用的最佳组织，所以众多研究者致力于对细小均匀全片层组织的研究。

“刘亮亮，刘冬，刘仁慈，崔玉友，杨锐.热处理对TiAl合金挤压方棒组织与拉伸性能的影响.稀有金属材料与工程,2017,46:95-98”研究了变形后热处理工艺对挤压Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.15B棒材微观组织的影响，发现在1150～1350℃温度区间热处理时，发生了近γ组织→双态组织→片层组织的转变。在共析点温度热处理时，挤压产生的残余片层组织会限制等轴γ相的长大，使得合金的微观组织保留变形时的形貌。因此，对挤压态TiAl合金的均匀化处理，应当以消除残余片层组织为目的，通过热处理工艺获得不同的微观组织形态，在此基础上进行合理优选。

“Bolz S,Oehring M,Lindemann J,et al.Microstructure and mechanicalproperties of a forgedβ-solidifyingγTiAl alloy in different heat treatmentconditions.Intermetallics,2015,58:71-83.”基于TNM合金进行热处理实验的尝试，提出了高温固溶-低温时效的两级热处理工艺得到了近片层组织，但其目的也是为了消除变形后的残余片层。

本发明通过分步式热处理，针对变形材料组织不均匀问题，设计了热处理制度，获取细小均匀的全片层组织，片层团尺寸可控制在100μm以内。本发明避免采用过大冷速(如淬火)的工艺，可为大尺寸变形TiAl合金的均匀化热处理提供合理的工艺。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足，提供用于改善变形TiAl合金微观组织杂乱且不均匀的问题，获取组织均匀的TiAl合金坯料，提高TiAl合金的综合性能，适应后续热/机械加工的一种TiAl合金变形后组织均匀化调控的三级热处理工艺。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括以下步骤：

步骤一、取热变形后的TiAl合金坯料作为TiAl合金热处理试样，保温介质为空气；