[发明专利]钛铝合金铸件的组织均匀细化方法

说明书

本发明属于金属热处理的技术领域。特别适用于铸造钛铝合金的层片状原始铸态组织的均匀化和细化。

钛铝金属间化合物基合金是一种比重低而高温强度高，因而最具有潜力的高温结构材料。该材料将成为有利于先进发动机减轻重量，提高工作效率的新型材料。经过多年的研究和开发，已使钛铝合金的室温脆性问题通过合金化和热机械处理、调整细化组织基本得到解决。在现有技术中，由于精铸技术的发展和应用，使得钛铝合金部件的研制越来越被受到重视。而钛铝合金的原始铸态组织一般为粗大层片团，存在有不同程度择优取向的全层片或近全层片组织。在采用热机械变形条件下的加工处理方法，来改变钛铝合金内部组织晶粒细化的问题，已基本得到解决。例如中国专利ZL93117942.4所介绍的一种钛铝基合金晶粒细化的方法。该专利是采用将合金锭在900-1250℃中进行恒温锻造或热挤压预处理工艺，然后进行再结晶处理和均匀化处理。在该专利的晶粒细化处理过程中，预处理的目的是为了破坏粗大的铸造组织，因此采用了恒温锻造或热挤压的机械变形方法，来达到使铸造合金组织内粗大的晶粒得到细化再结晶的目的。所以该方法仅适用于需要变形加工的钛铝合金构件。目前在现有技术中，对于铸造钛铝合金铸件，在无热机械变形的条件下，依靠通过热处理来调整和细化基体组织的方法研究，仍没有理想的结果。

本发明的目的是提出一种在无热机械变形的条件下，能够有效地均匀细化钛铝合金铸件组织的制造方法。

为达到本发明的目的，我们所提出的钛铝合金铸件组织均匀细化的方法是将钛铝合金铸件首先放在热等静压机内进行α相区高温处理，在消除铸件铸造缺陷的同时实现组织的均匀化。其热等静压处理方法是等静压机的压力定为120-180Mpa，加热温度为1380℃-1420℃，热等静压处理的保温时间为10-60分钟。第二步是进行4-8次的循环热处理，其每次循环热处理的制度为900-950℃，保温1-2小时后再升温至1150-1200℃，保温0.5-1.5小时。当第一次循环热处理结束后，将温度降温至900-950℃，所需降温时间为1-3小时再保温进行第二次循环热处理。第三步是进行共析温度等温处理，其制度为加热温度1100-1200℃，保温时间72-120小时。最后进行临界温度处理，其温度为1320-1380℃，保温时间为3-15分钟后炉冷或空冷至室温。

在本发明的钛铝合金铸件组织均匀细化方法中的热等静压处理，是在消除铸造缺陷的同时，可使原始态铸造组织在α相区重结晶而后冷却的过程中形成无择优取向、层片团尺寸均匀的全层片组织。其原理是由于高温高压下位错等易扩散通道增多，重结晶时间较短，所形成的α相晶粒较小而且均匀，因此使的全层片组织层片尺寸较相同温度真空热处理得到的层片团尺寸要细小均匀。采用循环热处理方法是由于在每次循环热处理过程中，钛铝合金层片组织中的α2相或γ相均有使其发生溶解或析出相变的化学自由能产生，这种能量波动是可以加剧层状物质本征的瑞利形状扰动，从而导致层状物质出现内部的间断，因此可在钛铝合金层片组织中引入一定数量的层片内端点。之后经过一定时间的等温热处理，可使铸造钛铝合金层片组织中的层片由内、外端点引发Gibbs-Thomson效应驱动的粗化反应或称连续粗化反应，进而使层片分段等轴化为晶粒尺寸小于原层片团尺寸的近γ组织。由此得到的铸造钛铝合金的近γ组织晶粒尺寸可近150-100μm。对于得到的近γ组织可用金相法测定进入α单相区的临界温度Tα，并进行临界温度处理。由于在这个过程中，高温α/γ层片结构是在高于Tα温度段内γ相基体上形成的，因此有四种近等同的{111}γ惯习面可以析出片状α相，所以形成的全层片团尺寸小于原近γ组织尺寸，可达到120-50μm。

采用本发明铸造钛铝合金铸件的组织均匀细化方法与现有技术相比较，可以在无热机械变形时，仅采用热处理方法使铸造钛铝合金铸件的全层片组织细化，得到全层片组织层片团尺寸和室温力学性能，接近变形合金水平。本发明方法与一次性α+γ两相区温度等温热处理相比较，所得到的组织为全层片型，而且其层片团尺寸更小，更有利于钛铝合金铸件的室温塑性和韧性以及铸件强度。另外该方法仅采用热等静压处理，同时发挥了消除铸造的缺陷和组织的均匀化两个作用，所以提高了生产效率，而且还降低了生产工艺成本。

实施例