β型γ-TiAl基合金獲得細(xì)小全片層組織的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種β型γ?TiAl基合金獲得細(xì)小全片層組織的方法，該方法包括：一、將β型γ?TiAl基合金置于熱處理爐中保溫?zé)崽幚?，爐冷至1030℃～1070℃后取出空冷至室溫；二、將空冷至室溫的β型γ?TiAl基合金置于熱處理爐中保溫?zé)崽幚?，直接取出風(fēng)冷至室溫；三、按照二的方法將風(fēng)冷至室溫的β型γ?TiAl基合金重復(fù)保溫?zé)崽幚砗惋L(fēng)冷3～5次，然后再置于熱處理爐中保溫?zé)崽幚恚〕龊罂绽渲潦覝?，得到具有?xì)小全片層組織的β型γ?TiAl基合金。本發(fā)明采用高溫循環(huán)熱處理獲得細(xì)小均勻的全片層組織，解決了普通熱處理難以得到細(xì)小的全層片組織而導(dǎo)致合金的塑性較低等缺點，同時優(yōu)化組織提高合金性能。
【專利說明】
β型γ -T i AI基合金獲得細(xì)小全片層組織的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種β型γ-TiAl基合金獲得細(xì)小 全片層組織的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] TiAl金屬間化合物因具有高比強度、比模量，良好的抗氧化性、抗蠕變性及優(yōu)良的 高溫強度、剛度及低密度等，成為一類很有發(fā)展前景的高溫結(jié)構(gòu)材料。與傳統(tǒng)高溫合金的固 溶強化、彌散強化、細(xì)晶強化等強化機理不同，TiAl合金的高溫強度源于其原子本身的長程 有序排列和特殊的結(jié)合鍵。但是該結(jié)構(gòu)的存在使TiAl合金的室溫塑性和斷裂韌性較低，而 這也成為限制其應(yīng)用的主要因素。
[0003] TiAl基合金根據(jù)成分及相組成大致可以分成4種不同的類型：（1)傳統(tǒng)TiAl合金 (conventional TiAl alloys); (2)高銀_TiAl(high Nb containing TiAl alloys) ； (3) Beta相凝固TiAl合金（其中包括Beta gamma合金）；（4)塊狀轉(zhuǎn)變TiAl合金（massive transformed TiAl alloys)。其中新型β型γ-TiAl基合金是TiAl基發(fā)展的重要方向之一。 該合金具有細(xì)小均勻的鑄態(tài)組織，優(yōu)良的高溫變形能力和機加工能力，逐漸引起各國研究 者的興趣。例如日本、美國和奧地利等國先后發(fā)展了β型γ-TiAl合金，并利用傳統(tǒng)的鍛造設(shè) 備，結(jié)合后續(xù)機加工，生產(chǎn)出TiAl合金板材和各類高質(zhì)量的汽車發(fā)動機零部件。新型的β型 TiAl基合金汽車部件的成功研制及在測試中的優(yōu)良表現(xiàn)，使得人們有理由相信，通過適當(dāng) 的合金化以及采用合適的加工手段，β型TiAl基合金將在未來的高科技產(chǎn)品中得到充分的 利用。
[0004] 眾所周知，和普通γ-TiAl基合金一樣，β型TiAl基合金也存在著嚴(yán)重的室溫塑性、 低的斷裂韌性、材料的難加工性以及拉伸和壓縮性能行為存在較大差異的一些問題。然而 獲得良好的綜合力學(xué)性能的關(guān)鍵途徑是獲得細(xì)小均勻的全片層組織，為獲得這類組織，國 內(nèi)過的科研工作者做了大量研究，主要集中在添加微量元素如Nb，W，B等以獲得微細(xì)晶粒， 并保持片層狀組織的技術(shù)方面;或者利用熱處理細(xì)化鑄態(tài)的片層組織以及熱擠壓獲得細(xì)晶 組織等等。然而通過上述技術(shù)所獲得的細(xì)小全片層晶團的平均晶粒尺寸還在100毫米以上， 這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)需求。而在(α+γ )兩相區(qū)，對擠壓態(tài)合金組織進行單一熱處理獲得的 全片層組織的片層晶團平均尺寸約為200~300毫米，很難獲得細(xì)小的全片層晶團組織。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種β型γ-TiAl 基合金獲得細(xì)小全片層組織的方法。該方法采用高溫循環(huán)熱處理獲得細(xì)小均勻的全片層組 織，解決了普通熱處理難以得到細(xì)小的全層片組織而導(dǎo)致合金的塑性較低等缺點，同時優(yōu) 化組織提高合金性能，極大地減小了片層晶團尺寸，提高了合金的室溫塑性，為合金的實際 應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種β型γ-TiAl基合金獲得細(xì) 小全片層組織的方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0007] 步驟一、將β型γ-TiAl基合金置于熱處理爐中，在(Ti-iorc~(Ti+iorc下保溫?zé)?處理15min~30min，爐冷至1030°C~1070°C后取出空冷至室溫，其中^為^型γ-TiAl基合 金的相變溫度，單位為°(：;
[0008] 步驟二、將步驟一中空冷至室溫的β型γ -TiAl基合金置于熱處理爐中，在(τ2-10) 。(:~（T2+10)°C下保溫?zé)崽幚韑Omin~20min，直接取出風(fēng)冷至室溫，其中T2為β型γ-TiAl基 合金的共析點溫度，單位為°(：;
[0009] 步驟三、按照步驟二的方法將步驟二中風(fēng)冷至室溫的β型γ -TiAl基合金重復(fù)保溫 熱處理和風(fēng)冷3~5次，然后再置于熱處理爐中，在Τι~（Ti+10) °C下保溫?zé)崽幚韑Omin~ 30min，取出后空冷至室溫，得到具有細(xì)小全片層組織的β型γ-TiAl基合金。
[0010] 上述的β型γ-TiAl基合金獲得細(xì)小全片層組織的方法，其特征在于，步驟一中所 述β型γ -TiAl基合金為加工態(tài)β型γ -TiAl基合金。
[0011] 上述的β型γ -TiAl基合金獲得細(xì)小全片層組織的方法，其特征在于，步驟一中保 溫?zé)崽幚淼臏囟葹?Μ)!：~(1\+5)°(：。
[0012] 上述的β型γ-TiAl基合金獲得細(xì)小全片層組織的方法，其特征在于，步驟二中保 溫?zé)崽幚淼臏囟葹?T2-5) °C~(T2+5) °C。
[0013] 上述的β型γ-TiAl基合金獲得細(xì)小全片層組織的方法，其特征在于，步驟三中在 Τι~(Ti+5) °C下保溫?zé)崽幚韑Omin~30min。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：
[0015] 1、本發(fā)明采用高溫循環(huán)熱處理獲得細(xì)小均勻的全片層組織，解決了普通熱處理難 以得到細(xì)小的全層片組織而導(dǎo)致合金的塑性較低等缺點，同時優(yōu)化組織提高合金性能，極 大地減小了片層晶團尺寸，提高了合金的室溫塑性，為合金的實際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。
[0016] 2、采用本發(fā)明的方法獲得的片層晶團組織分布均勻、晶粒尺寸細(xì)小，合金塑性高， 熱處理工藝可操作性高。
[0017] 下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。
[0018] 說明書附圖
[0019] 圖1為本發(fā)明實施例1得到的具有細(xì)小全片層組織的β型γ-TiAl基合金的金相組 織照片。
[0020] 圖2為本發(fā)明實施例1的β型γ-TiAl基合金試樣未經(jīng)熱處理前的原始金相組織照 片。
[0021] 圖3為對比例1-1熱處理后的β型γ-TiAl基合金試樣的金相組織照片。
[0022]圖4為對比例1-2熱處理后的β型γ -TiAl基合金試樣的金相組織照片。
[0023]圖5為本發(fā)明實施例2得到的具有細(xì)小全片層組織的β型γ -TiAl基合金的金相組 織照片。
[0024]圖6為對比例2熱處理后的β型γ -TiAl基合金試樣的金相組織照片。
[0025] 圖7為本發(fā)明實施例3得到的具有細(xì)小全片層組織的β型γ -TiAl基合金的金相組 織照片。
[0026] 圖8為本發(fā)明實施例4得到的具有細(xì)小全片層組織的β型γ -TiAl基合金的金相組 織照片。
[0027]圖9為本發(fā)明實施例4的β型γ -TiAl基合金試樣未經(jīng)熱處理前的原始金相組織照 片。
【具體實施方式】 [0028] 實施例1
[0029] 本實施例所用β型γ-TiAl基合金的化學(xué)成分組成按照原子百分比計為:A1 45%， Ta 3.0%，W 0.2%，Cr 2%，余量為Ti，f3型γ-TiAl基合金的相變溫度T^1283°C，共析點 溫度1~2為1190°C ;采用真空自耗三次熔煉工藝熔煉制備鑄錠，然后對鑄錠進行擠壓加工，得 到加工態(tài)的β型γ -TiAl基合金棒材，沿棒材橫截面的1/2半徑處切割出8_X8_X8mm的試 樣，對該試樣進行如下處理：
[0030] 步驟一、將β型γ-TiAl基合金試樣置于熱處理爐中，在1288°C下保溫?zé)崽幚?20min，爐冷至1070°C后取出合金試樣空冷至室溫；
[0031]步驟二、將步驟一中空冷至室溫的β型γ-TiAl基合金試樣置于熱處理爐中，在 1195°(：下保溫?zé)崽幚?511^11，直接取出風(fēng)冷至室溫；
[0032]步驟三、按照步驟二的方法將步驟二中風(fēng)冷至室溫的β型γ -TiAl基合金試樣重復(fù) 保溫?zé)崽幚砗惋L(fēng)冷5次，然后再置于熱處理爐中，在1288°C下保溫?zé)崽幚?0min，取出后空冷 至室溫，得到具有細(xì)小全片層組織的β型γ -TiAl基合金。
[0033] 對比例1-1
[0034] 按照實施例1的方法制備β型γ -TiAl基合金試樣，對β型γ -TiAl基合金試樣在 1288°C下保溫?zé)崽幚?0min后取出空冷至室溫。
[0035] 對比例1-2
[0036]本對比例的方法與實施例1相同，其中不同之處在于:步驟一中在1288Γ下保溫?zé)?處理20min，爐冷至1000°C后取出合金試樣空冷至室溫。
[0037]圖1為實施例1得到的具有細(xì)小全片層組織的β型γ -TiAl基合金的金相組織照片。 圖2為實施例1的β型γ-TiAl基合金試樣未經(jīng)熱處理前的原始金相組織照片。圖3為對比例 1-1熱處理后的β型γ-TiAl基合金試樣的金相組織照片。圖4為對比例1-2熱處理后的β型 γ -TiAl基合金試樣的金相組織照片。
[0038] 對比圖1、圖2、圖3和圖4可以明顯看出，采用實施例1的方法對加工態(tài)的β型γ-TiAl基合金試樣進行熱處理，能夠獲得細(xì)小的全片層組織，片層晶團平均晶粒尺寸約為45 微米。對比圖1和圖4可以明顯看出，第一階段熱處理后的爐冷溫度對片層晶團的再結(jié)晶長 大有很大影響。
[0039] 實施例2
[0040]采用與實施例1相同的加工態(tài)的β型γ -TiAl基合金棒材，沿棒材橫截面的1/2半徑 處切割出10mmX 10mmX l〇mm的試樣，對該試樣進行如下處理：
[0041 ] 步驟一、將β型γ-TiAl基合金試樣置于熱處理爐中，在1283°C下保溫?zé)崽幚?30min，爐冷至1030°C后取出合金試樣空冷至室溫；
[0042]步驟二、將步驟一中空冷至室溫的β型γ-TiAl基合金試樣置于熱處理爐中，在 1190°(：下保溫?zé)崽幚?〇11^11，直接取出風(fēng)冷至室溫；
[0043]步驟三、按照步驟二的方法將步驟二中風(fēng)冷至室溫的β型γ -TiAl基合金試樣重復(fù) 保溫?zé)崽幚砗惋L(fēng)冷3次，然后再置于熱處理爐中，在1285°C下保溫?zé)崽幚?5min，取出后空冷 至室溫，得到具有細(xì)小全片層組織的β型γ -TiAl基合金。
[0044] 對比例2
[0045]本對比例的方法與實施例2相同，其中不同之處在于:步驟一中在1283Γ下保溫?zé)?處理15min，爐冷至1100°C后取出合金試樣空冷至室溫。
[0046]圖5為實施例2得到的具有細(xì)小全片層組織的β型γ -TiAl基合金的金相組織照片， 從圖中可以明顯看出，采用本實施例的方法對加工態(tài)的β型γ-TiAl基合金試樣進行熱處 理，能夠獲得細(xì)小的全片層組織，片層晶團平均晶粒尺寸約為55微米。圖6為對比例2熱處理 后的β型γ-TiAl基合金試樣的金相組織照片。對比圖5和圖6可以明顯看出，第一階段熱處 理后的爐冷溫度對片層晶團的再結(jié)晶長大有很大影響。
[0047] 實施例3
[0048]采用與實施例1相同的加工態(tài)的β型γ -TiAl基合金棒材，沿棒材橫截面的1/2半徑 處切割出15mmX 15mmX 15mm的試樣，對該試樣進行如下處理：
[0049] 步驟一、將β型γ-TiAl基合金試樣置于熱處理爐中，在1278°C下保溫?zé)崽幚?30min，爐冷至1030°C后取出合金試樣空冷至室溫；
[0050] 步驟二、將步驟一中空冷至室溫的β型γ-TiAl基合金試樣置于熱處理爐中，在 1185°(：下保溫?zé)崽幚?〇11^11，直接取出風(fēng)冷至室溫 ；
[0051] 步驟三、按照步驟二的方法將步驟二中風(fēng)冷至室溫的β型γ-TiAl基合金試樣重復(fù) 保溫?zé)崽幚砗惋L(fēng)冷3次，然后再置于熱處理爐中，在1283Γ下保溫?zé)崽幚韑Omin，取出后空冷 至室溫，得到具有細(xì)小全片層組織的β型γ -TiAl基合金。
[0052] 圖7為本實施例得到的具有細(xì)小全片層組織的β型γ -TiAl基合金的金相組織照 片，從圖中可以明顯看出，采用本實施例的方法對加工態(tài)的β型γ-TiAl基合金試樣進行熱 處理，能夠獲得細(xì)小的全片層組織，片層晶團平均晶粒尺寸約為50微米。
[0053] 實施例4
[0054]本實施例所用β型γ-TiAl基合金的化學(xué)成分組成按照原子百分比計為：Α1 45.5%，Nb 2.0%，W 0.3%，C 0.1%，余量為Τ?，β型 γ-TiAl基合金的相變溫度 1^*1290 °C，共析點溫度1~2為1185°C ;采用真空自耗三次熔煉工藝熔煉制備鑄錠，然后對鑄錠進行乳 制加工，得到加工態(tài)的β型γ -TiAl基合金板材，沿板材乳制方向切割出8mm X 8mm X 4mm的試 樣，對該試樣進行如下處理：
[0055] 步驟一、將β型γ-TiAl基合金試樣置于熱處理爐中，在1300 °C下保溫?zé)崽幚?lOmin，爐冷至1050°C后取出合金試樣空冷至室溫；
[0056]步驟二、將步驟一中空冷至室溫的β型γ-TiAl基合金試樣置于熱處理爐中，在 1195°(：下保溫?zé)崽幚?511^11，直接取出風(fēng)冷至室溫；
[0057]步驟三、按照步驟二的方法將步驟二中風(fēng)冷至室溫的β型γ -TiAl基合金試樣重復(fù) 保溫?zé)崽幚砗惋L(fēng)冷5次，然后再置于熱處理爐中，在1290Γ下保溫?zé)崽幚?0min，取出后空冷 至室溫，得到具有細(xì)小全片層組織的β型γ -TiAl基合金。
[0058]圖8為本實施例得到的具有細(xì)小全片層組織的β型γ -TiAl基合金的板材的金相組 織照片，圖9為本實施例的β型γ-TiAl基合金試樣未經(jīng)熱處理前的原始金相組織照片。從圖 8和圖9中可以明顯看出，采用本實施例的方法對加工態(tài)的β型γ-TiAl基合金試樣進行熱處 理，能夠獲得細(xì)小的片層組織。
[0059] 實施例5
[0060] 采用與實施例4相同的加工態(tài)的β型γ-TiAl基合金板材，沿乳制方向切割出10mm X 10mm X 4mm的試樣，對該試樣進行如下處理：
[0061 ] 步驟一、將β型γ-TiAl基合金試樣置于熱處理爐中，在1290°C下保溫?zé)崽幚?lOmin，爐冷至1050°C后取出合金試樣空冷至室溫；
[0062]步驟二、將步驟一中空冷至室溫的β型γ-TiAl基合金試樣置于熱處理爐中，在 1185°(：下保溫?zé)崽幚?〇11^11，直接取出風(fēng)冷至室溫；
[0063]步驟三、按照步驟二的方法將步驟二中風(fēng)冷至室溫的β型γ -TiAl基合金試樣重復(fù) 保溫?zé)崽幚砗惋L(fēng)冷5次，然后再置于熱處理爐中，在1290Γ下保溫?zé)崽幚?8min，取出后空冷 至室溫，得到具有細(xì)小全片層組織的β型γ -TiAl基合金。
[0064] 實施例6
[0065] 采用與實施例4相同的加工態(tài)的β型γ-TiAl基合金板材，沿乳制方向切割出12mm X 12mm X 4mm的試樣，對該試樣進行如下處理：
[0066] 步驟一、將β型γ-TiAl基合金試樣置于熱處理爐中，在1280°C下保溫?zé)崽幚?15min，爐冷至1070°C后取出合金試樣空冷至室溫；
[0067]步驟二、將步驟一中空冷至室溫的β型γ-TiAl基合金試樣置于熱處理爐中，在 1175°(：下保溫?zé)崽幚?〇11^11，直接取出風(fēng)冷至室溫；
[0068]步驟三、按照步驟二的方法將步驟二中風(fēng)冷至室溫的β型γ -TiAl基合金試樣重復(fù) 保溫?zé)崽幚砗惋L(fēng)冷5次，然后再置于熱處理爐中，在1300°C下保溫?zé)崽幚?0min，取出后空冷 至室溫，得到具有細(xì)小全片層組織的β型γ -TiAl基合金。
[0069] 對實施例1中加工態(tài)的β型γ -TiAl基合金棒材和實施例1至實施例3得到的具有細(xì) 小全片層組織的β型γ -TiAl基合金的室溫拉伸性能進行檢測，結(jié)果見下表。
[0070] 表1室溫拉伸性能檢測結(jié)果
[0072]從表1中可以看出，采用本發(fā)明的方法進行高溫循環(huán)熱處理，能夠提高合金的室溫 塑性。
[0073]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)發(fā)明技 術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù) 方案的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種β型γ-TiAl基合金獲得細(xì)小全片層組織的方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、將β型γ -TiAl基合金置于熱處理爐中，在(T1-IO) °C~(TdlO) °C下保溫?zé)崽幚? 15min~30min，爐冷至1030°C~1070°C后取出空冷至室溫，其中!^為^型γ-TiAl基合金的 相變溫度，單位為°(：; 步驟二、將步驟一中空冷至室溫的β型γ-TiAl基合金置于熱處理爐中，在(T2-IO)tC~ (T2+10)°C下保溫?zé)崽幚鞩Omin~20min，直接取出風(fēng)冷至室溫，其中T2為β型γ-TiAl基合金 的共析點溫度，單位為°〇； 步驟三、按照步驟二的方法將步驟二中風(fēng)冷至室溫的β型γ -TiAl基合金重復(fù)保溫?zé)崽?理和風(fēng)冷3~5次，然后再置于熱處理爐中，在Ti~(Ti+10) °C下保溫?zé)崽幚鞩Omin~30min，取 出后空冷至室溫，得到具有細(xì)小全片層組織的β型γ-TiAl基合金。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的β型γ-TiAl基合金獲得細(xì)小全片層組織的方法，其特征在于， 步驟一中所述β型γ -TiAl基合金為加工態(tài)β型γ -TiAl基合金。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的β型γ-TiAl基合金獲得細(xì)小全片層組織的方法，其特征在于， 步驟一中保溫?zé)崽幚淼臏囟葹?IV5) °C~(?\+5) °C。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的β型γ-TiAl基合金獲得細(xì)小全片層組織的方法，其特征在于， 步驟二中保溫?zé)崽幚淼臏囟葹?T2-5) °C~(T2+5) °C。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的β型γ-TiAl基合金獲得細(xì)小全片層組織的方法，其特征在于， 步驟三中在T1-(TdS) °C下保溫?zé)崽幚鞩Omin~30min。
【文檔編號】C22F1/18GK105886982SQ201610340662
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】羅媛媛, 毛小南, 吳金平, 蘇航標(biāo), 楊英麗, 郭荻子, 楊帆
【申請人】西北有色金屬研究院