專利名稱：一種提高金屬間化合物Co₃Ti強(qiáng)度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬熱處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及金屬間化合物的熱處理。
背景技術(shù)：
時效強(qiáng)化是提高金屬材料硬度的一種重要方法，被廣泛應(yīng)用于材料研制和生產(chǎn)實(shí)踐中。 例如時效硬化鋁合金(R'N'盧姆利；I'J'波爾梅爾.可時效硬化鋁合金的熱處 理.2000,00819029.1)，時效硬化銅合金(T'赫曼凱普；D'羅德.可時效硬化的銅合金.2003, 03103306.7)，時效硬化不銹鋼(趙瑛偉；劉連仲.雙相超高強(qiáng)度時效不銹鋼.1985,85106667) 等。目前還沒有利用時效處理來影響Co3Ti的力學(xué)性能方面的研究。
具有Ll2型有序結(jié)構(gòu)的Co3Ti因其高溫強(qiáng)度及高抗氧化性等突出特點(diǎn)引起很多注意。以 往的研究多是向Co3Ti中加入合金元素來影響Co3Ti的力學(xué)性能，研究結(jié)果表明在低溫區(qū)合 金元素使C03Ti的抗拉強(qiáng)度和延伸率提高，但Co3Ti的屈服強(qiáng)度明顯降低(董杰，孫旭宏.合 金元素對力學(xué)性能的影響.河北冶金，2000， 2: 17-22)，這樣就不能用于高溫強(qiáng)度下使用的 結(jié)構(gòu)材料。本研究通過時效硬化的方法使Co3Ti的強(qiáng)度在低溫到高溫的范圍都大幅度提高， 使其成為航空材料和高溫結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域內(nèi)具有重要應(yīng)用價值的新材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過嚴(yán)格地控制熱處理?xiàng)l件與選擇合金成分，利用時效處理成功地在 Co3Ti中析出無序的第二相y-Co相，來提高Ll2型金屬間化合物Co3Ti的強(qiáng)度。
本發(fā)明的具體步驟是
(1) 合金熔煉
Co3Ti的成分范圍按原子百分比計為Co 75-80%、 Ti 25-20%。
根據(jù)Co-Ti 二元系的相圖，用高純度的Co (99.9%)和Ti (99.8%)配制所定的具有Co3Ti 成分的合金，使用電弧爐熔煉30g的塊狀試樣。將試樣切成塊狀樣品裝入石英管中封裝好， 同時向管內(nèi)充入適量的保護(hù)氣體氦氣。
(2) 均勻化處理和固溶化處理
對Co3Ti合金進(jìn)行均勻化處理后進(jìn)行固溶化處理，均勻化處理的溫度范圍為1300—1430 K，時間范圍為120—240 h，固溶化處理的溫度范圍為1200-1430 K，時間范圍為2—5h，得
到單相的Z-C03Ti。
根據(jù)Co-Ti 二元系的相圖和所煉合金的成分選擇均勻化處理和固溶化處理的條件，固溶 化處理的溫度范圍是相圖中單相的/存在的溫度范圍。 (3)時效處理
經(jīng)過均勻化及固溶處理后再進(jìn)行時效處理，時效溫度為870-1150 K，時間范圍為30—1000h。
本發(fā)明時效處理后含有析出相^-Co相的Co3Ti與未經(jīng)時效處理的單相Co3Ti相比，在
室溫及高溫的強(qiáng)度明顯提高。
圖1表示80Co-20Ti試樣在1373 K固溶化處理后，再經(jīng)973 K、 1023 K、 1073 K溫度下 時效處理后樣品的維氏硬度隨時效時間的變化規(guī)律。盡管在1073 K溫度下基體所產(chǎn)生的強(qiáng)化 較小，但在973 K、 1023 K時效處理所得到的強(qiáng)化非常明顯，最高硬度增加超過2倍。圖2 表示80Co-20Ti在973 K分別時效30h、 300 h、 1000 h后屈服強(qiáng)度隨變形溫度的變化規(guī)律。
為了進(jìn)行對比，,單相的78Co-22Ti的屈服強(qiáng)度也標(biāo)在圖中，同時在圖中引入80Co-20Ti單 相的屈服強(qiáng)度數(shù)據(jù)。從圖2可以看出，經(jīng)973 K時效處理300 h、 1000 h以后含有析出相的 C03Ti在所有測定溫度區(qū)域內(nèi)，屈服強(qiáng)度均高于單相C03Ti的屈服強(qiáng)度。因此，通過時效處理 析出第二相提高了 Co3Ti的力學(xué)性能。


圖1 為時效溫度分別為973 K、 1023 K、 1073 K時，80Co-20Ti合金的維氏硬度隨時效 時間的變化。
圖2為經(jīng)973 K不同時間時效后80Co-20Ti合金的屈服強(qiáng)度隨變形溫度的變化。 圖3 80Co-20Ti合金在973 K，時效100 h后的透射電鏡圖像。 圖4 80Co-20Ti合金在973 K，時效300 h后的透射電鏡圖像。 圖5 80Co-20Ti合金在973 K，時效1000 h后的透射電鏡圖像。 圖6 80Co-20Ti合金在973 K，時效100h后的選區(qū)電鏡衍射花樣。
具體實(shí)施方式
1、合金熔煉
用高純度的Co (99.9%)和Ti (99.8%)配制所定的具有Co-20 at%Ti成分的合金，使用 電弧爐熔煉30 g的塊狀試樣。為使成分均勻化，在非自耗式真空電弧爐中反復(fù)熔煉5次以上。 熔煉后的合金稱重結(jié)果顯示，合金的重量損失小于0.15%,所以可以認(rèn)為熔煉合金成分等同
于配比合金成分。將試樣切成塊狀樣品裝入石英管中封裝好，同時向管內(nèi)充入適量的保護(hù)氣 體氦氣。
2、 時效處理
對Co-20 at%Ti合金試樣進(jìn)行1383 K， 168h的均勻化處理后，在1373 K對試樣進(jìn)行3 h 的固溶化處理，以獲得Z-C03Ti單相組織。然后分別進(jìn)行973 K、 1023 K、 1073 K三個溫度
的等溫時效處理，時效時間分別是0.3、 1、 3、 10、 30、 100、 300、 1000 h。
3、 機(jī)械性能測試
時效處理后的Co-20 at%Ti塊狀試樣經(jīng)兩面磨光后，在HX-1000顯微硬度計上測定各個 樣品的維氏硬度，選用載荷為200gf。
維氏硬度的測試結(jié)果如圖1所示，結(jié)果表明盡管在1073 K溫度下基體所產(chǎn)生的強(qiáng)化較 小，但在973 K、 1023 K時效處理所得到的強(qiáng)化非常明顯，最高硬度增加超過2倍。
時效處理后的Co-20 at%Ti塊狀試樣切割成尺寸為3 mmX 3 mmX 7 mm的壓縮試樣，在 WDW-200D型試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，測定屈服強(qiáng)度，壓縮試驗(yàn)使用的變形速度為0.3 mm min-l。
屈服強(qiáng)度的測試結(jié)果如圖2所示，結(jié)果表明經(jīng)973 K時效處理300 h、 1000 h以后含有 析出相^Co相的Co3Ti在所有測定溫度區(qū)域內(nèi)，屈服強(qiáng)度均高于單相Co3Ti的屈服強(qiáng)度。
4、 觀察析出相的形態(tài)特征
利用透射電鏡觀察析出相的形態(tài)特征，圖3、圖4和圖5分別是80Co-20Ti合金經(jīng)973 K， 100 h、 300 h和1000h時效后[100]取向的透射電鏡圖像，圖6是80Co-20Ti合金在973 K， 100 h時效后的選區(qū)電鏡衍射花樣。從電子衍射圖譜分析結(jié)果可知，析出物是面心立方結(jié)構(gòu)
的Z-Co相，基體是有序的Ll2型結(jié)構(gòu)相。圖像清晰地顯示析出物呈片狀，而且片狀析出相 與基體點(diǎn)陣的{100}晶面平行，隨時效時間的延長^-Co相的尺寸進(jìn)一步增大。
權(quán)利要求
1、一種提高金屬間化合物Co3Ti強(qiáng)度的方法，其特征在于，熔煉合金，得到按原子百分比計Co為75-80％、Ti為25-20％的Co3Ti合金；對Co3Ti合金進(jìn)行均勻化處理，然后進(jìn)行固溶化處理，均勻化處理的溫度范圍為1300-1430K，時間范圍為120-240h，固溶化處理的溫度范圍為1200-1430K，時間范圍為2-5h，得到單相的γ′-Co3Ti；最后進(jìn)行時效處理，時效溫度為870-1150K，時間范圍為30-1000h。
全文摘要
一種提高金屬間化合物Co₃Ti強(qiáng)度的方法，屬于金屬熱處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及金屬間化合物的熱處理，其特征是，合金熔煉，得到按原子百分比計為Co 75-80％、Ti 25-20％的Co₃Ti合金；對Co₃Ti合金進(jìn)行均勻化處理，然后進(jìn)行固溶化處理，均勻化處理的溫度范圍為1300-1430K，時間范圍為120-240h，固溶化處理的溫度范圍為1200-1430K，時間范圍為2-5h，得到單相的γ′-Co₃Ti；最后進(jìn)行時效處理，時效溫度為870-1150K，時間范圍為30-1000h。本發(fā)明利用時效處理析出第二相γ-Co相，提高了L1₂型金屬間化合物Co₃Ti的強(qiáng)度。
文檔編號C22C19/07GK101363106SQ200810223798
公開日2009年2月11日 申請日期2008年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月13日
發(fā)明者冷文秀, 張旋洲, 成生偉, 田文懷 申請人:北京科技大學(xué)