專利名稱：置氫-熱等靜壓改善鑄造Ti₃Al合金微觀組織的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種置氫-熱等靜壓改善鑄造Ti3Al合金微觀組織的方法
背景技術(shù)：
Ti3Al基合金具有其他合金無法比擬的比強(qiáng)度、高溫抗蠕變性能及抗氧化性能， 因此被認(rèn)為是新型航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)重要結(jié)構(gòu)件的首選材料之一。目前，鑄造工藝是制備 Ti3Al基合金構(gòu)件的主要方法之一，也是一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜件的首選成形方法。然而，鑄造工藝往往會(huì)造成許多鑄造缺陷，如晶粒粗大、縮孔、縮松、氣孔以及晶粒不均勻等，這些缺陷的存在將嚴(yán)重影響鑄件的性能，特別是拉伸強(qiáng)度、疲勞性能以及塑性， 因此，對于性能要求較高的鑄件，在交付使用前通常要進(jìn)行熱等靜壓處理，以消除這些鑄造缺陷。然而，由于熱等靜壓工藝處理溫度較高，在熱等靜壓處理過程中晶粒會(huì)發(fā)生長大，使原來粗大的鑄造組織更加粗大，這又在一定程度上抵消了熱等靜壓工藝對合金力學(xué)性能的改善作用。因此，在消除鑄件的鑄造缺陷同時(shí)又不造成鑄件晶粒粗大，是提高鑄件性能的有效途徑。對于Ti3Al合金而言，其材料本身塑性較低，脆性較大，因此，改善鑄件的微觀組織是制備高性能Ti3Al合金鑄件的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決鑄造Ti3Al合金的鑄造缺陷，同時(shí)改善合金的微觀組織，以提高Ti3Al合金的綜合力學(xué)性能的置氫-熱等靜壓改善鑄造Ti3Al合金微觀組織的方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，將鑄造Ti3Al合金零件在熱等靜壓爐中進(jìn)行熱等靜壓處理，熱等靜壓溫度為980 1050°C，熱等靜壓時(shí)間為1 4h，壓力為110 150Mpa ；將熱等靜壓后的鑄造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氫爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至 l(T3Pa，再將爐內(nèi)升溫至700 850°C，保溫15min，按照爐中的零件的重量百分比充入1 1. 2%的氫氣，充入氫氣的流量為lL/min，保溫1 4h，然后將爐內(nèi)以3 5°C /min的速度冷卻至室溫；將置氫處理后的零件放入熱處理爐，爐溫升至1000 1050°C，到溫后保溫 30min,然后，隨爐冷卻至800 850°C，保溫6 他，空冷至室溫；將處理后的Ti3Al合金零件進(jìn)行表面吹砂；將吹砂處理后零件，置于真空熱處理爐內(nèi)，爐內(nèi)抽真空至10_3Pa，將爐內(nèi)溫度升至700 850°C，保溫8 12個(gè)小時(shí)，零件隨爐冷卻至室溫，即得到置氫-熱等靜壓處理Ti3Al合金零件。熱等靜壓溫度為990 1040°C，熱等靜壓時(shí)間為1 4h，壓力為110 140Mpa。將熱等靜壓后的鑄造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氫爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至10_3Pa，再將爐內(nèi)升溫至730 820°C，保溫15min，按照爐中的零件的重量百分比充入1 1. 2%的氫氣，充入氫氣的流量為lL/min，保溫1 4h，然后將爐內(nèi)以3 5°C / min的速度冷卻至室溫。
所述的將置氫處理后的零件放入熱處理爐，爐溫升至1010 1050°C，到溫后保溫 30min,然后，隨爐冷卻至800 850°C，保溫6 8h，空冷至室溫。將吹砂處理后零件，置于真空熱處理爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至10_3Pa，爐內(nèi)溫度升至 710 840°C，保溫8 12個(gè)小時(shí)，零件隨爐冷卻至室溫。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果本發(fā)明工藝同時(shí)利用了熱等靜壓工藝對Ti3Al合金鑄造缺陷的修復(fù)作用和置氫處理工藝對微觀組織細(xì)化作用，達(dá)到了消除鑄造缺陷組織、 提高了合金的致密度和細(xì)化了微觀晶粒的目的，鑄件的力學(xué)性能得到了提高，其中室溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度提高了 20%，高溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度提高了 10%，為Ti3Al合金鑄件在航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。


圖1本發(fā)明工藝處理前Ti3Al合金鑄件的微觀組織。圖2置氫-熱等靜壓工藝處理后的Ti3Al合金的微觀組織，其中(a)為采用具體實(shí)施方式
一所述的工藝處理后的Ti3Al合金的微觀組織，(b)為采用具體實(shí)施方式
二所述的工藝處理后的Ti3Al合金的微觀組織。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的置氫-熱等靜壓改善鑄造Ti3Al合金微觀組織工藝是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、熱等靜壓將鑄造Ti3Al合金零件在熱等靜壓爐中進(jìn)行熱等靜壓處理，熱等靜壓溫度為980 1050°C，熱等靜壓時(shí)間為1 4h，壓力為110 150Mpa ；步驟二、置氫處理將熱等靜壓后的鑄造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氫爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至10_3Pa，再將爐內(nèi)升溫至700 850°C，保溫15min，按照爐中的零件的重量百分比充入1 1. 2%的氫氣，充入氫氣的流量為lL/min，保溫1 4h，然后將爐內(nèi)以3 5°C /min的速度冷卻至室溫，即得到置氫Ti3Al合金零件；步驟三、固溶、時(shí)效處理將經(jīng)過步驟二處理后的零件放入熱處理爐，爐溫升至 1010 1050°C，到溫后保溫30min，然后，隨爐冷卻至800 850°C，保溫6 8h，空冷至室步驟四、吹砂將步驟三處理后的Ti3Al合金零件進(jìn)行表面吹砂；步驟五、真空除氫處理將經(jīng)過步驟四吹砂處理后零件，置于真空熱處理爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至10_3Pa，爐內(nèi)溫度升至710 840°C，保溫8 12個(gè)小時(shí)，零件隨爐冷卻至室溫，即得到置氫-熱等靜壓處理Ti3Al合金零件。實(shí)施例一本實(shí)施方式是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、熱等靜壓將鑄造Ti3Al 合金零件在熱等靜壓爐中進(jìn)行熱等靜壓處理，熱等靜壓溫度為980°C，熱等靜壓時(shí)間lh， 壓力為IlOMpa ；步驟二、置氫處理將熱等靜壓后的鑄造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氫爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至10_3Pa，再將爐內(nèi)升溫至850 0C，保溫15min，按照爐中鑄件的重量百分比充入1. 2%的氫氣。根據(jù)入爐前對鑄件稱重，可知鑄件的重量為460g，根據(jù)比例充入重量為5. 52g氫氣，充入氫氣的流量為lL/min，保溫lh，然后將爐內(nèi)以3°C /min 的速度冷卻至室溫，得到置氫Ti3Al合金零件。步驟三、固溶、時(shí)效處理將經(jīng)過步驟二處理后的零件放入熱處理爐，爐溫升至1050°C，到溫后保溫30min，然后，隨爐冷卻至850°C，保溫他，空冷至室溫；步驟四、吹砂將步驟三處理后的Ti3Al合金零件進(jìn)行表面吹砂處理；步驟五、真空除氫處理將經(jīng)過步驟四吹砂處理后零件，置于真空熱處理爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至10_3Pa，爐內(nèi)溫度升至850°C，保溫8個(gè)小時(shí)，零件隨爐冷卻至室溫，即得到置氫-熱等靜壓處理Ti3Al合金鑄件。實(shí)施例二 本實(shí)施方式是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、熱等靜壓將鑄造Ti3Al 合金零件在熱等靜壓爐中進(jìn)行熱等靜壓處理，熱等靜壓溫度為1050°C，熱等靜壓時(shí)間 4h，壓力為150Mpa ；步驟二、置氫處理將熱等靜壓后的鑄造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后， 放置在管式置氫爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至10_3Pa，再將爐內(nèi)升溫至700°C，保溫15min，按照爐中鑄件的重量百分比充入的氫氣。根據(jù)入爐前對鑄件稱重，可知鑄件的重量為1230g， 根據(jù)比例充入重量為12. 3g氫氣，充入氫氣的流量為lL/min，保溫4h，然后將爐內(nèi)以5°C / min的速度冷卻至室溫，得到置氫Ti3Al合金零件。步驟三、固溶、時(shí)效處理將經(jīng)過步驟二處理后的零件放入熱處理爐，爐溫升至1000°C，到溫后保溫30min，然后，隨爐冷卻至 800°C，保溫8h，空冷至室溫；步驟四、吹砂將步驟三處理后的Ti3Al合金零件進(jìn)行表面吹砂處理；步驟五、真空除氫處理將經(jīng)過步驟四吹砂處理后零件，置于真空熱處理爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至10_3Pa，爐內(nèi)溫度升至700°C，保溫12個(gè)小時(shí)，零件隨爐冷卻至室溫，即得到置氫-熱等靜壓處理Ti3Al合金鑄件。實(shí)施例三本實(shí)施方式是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、熱等靜壓將鑄造Ti3Al 合金零件在熱等靜壓爐中進(jìn)行熱等靜壓處理，熱等靜壓溫度為1030°C，熱等靜壓時(shí)間 池，壓力為130Mpa ；步驟二、置氫處理將熱等靜壓后的鑄造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后， 放置在管式置氫爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至10_3Pa，再將爐內(nèi)升溫至780°C，保溫15min，按照爐中鑄件的重量百分比充入1 %的氫氣。根據(jù)入爐前對鑄件稱重，可知鑄件的重量為860g，根據(jù)比例充入重量為9. 4g氫氣，充入氫氣的流量為lL/min，保溫池，然后將爐內(nèi)以5°C /min 的速度冷卻至室溫，得到置氫Ti3Al合金零件。步驟三、固溶、時(shí)效處理將經(jīng)過步驟二處理后的零件放入熱處理爐，爐溫升至1020°C，到溫后保溫30min，然后，隨爐冷卻至830°C，保溫幾，空冷至室溫；步驟四、吹砂將步驟三處理后的Ti3Al合金零件進(jìn)行表面吹砂處理；步驟五、真空除氫處理將經(jīng)過步驟四吹砂處理后零件，置于真空熱處理爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至10_3Pa，爐內(nèi)溫度升至780V，保溫10個(gè)小時(shí)，零件隨爐冷卻至室溫，即得到置氫-熱等靜壓處理Ti3Al合金鑄件。
權(quán)利要求
1.一種置氫-熱等靜壓改善鑄造Ti3Al合金微觀組織的方法，其特征在于將鑄造 Ti3Al合金零件在熱等靜壓爐中進(jìn)行熱等靜壓處理，熱等靜壓溫度為980 1050°C，熱等靜壓時(shí)間為1 4h，壓力為110 150Mpa ；將熱等靜壓后的鑄造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氫爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至10_3Pa，再將爐內(nèi)升溫至700 850°C，保溫 15min，按照爐中的零件的重量百分比充入1 1. 2 %的氫氣，充入氫氣的流量為lL/min， 保溫1 4h，然后將爐內(nèi)以3 5°C /min的速度冷卻至室溫；將置氫處理后的零件放入熱處理爐，爐溫升至1000 1050°C，到溫后保溫30min，然后，隨爐冷卻至800 850°C，保溫 6 8h，空冷至室溫；將處理后的Ti3Al合金零件進(jìn)行表面吹砂；將吹砂處理后零件，置于真空熱處理爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至10_3Pa，爐內(nèi)溫度升至700 850°C，保溫8 12個(gè)小時(shí)，零件隨爐冷卻至室溫，即得到置氫-熱等靜壓處理Ti3Al合金零件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的置氫-熱等靜壓改善鑄造Ti3Al合金微觀組織的方法，其特征在于熱等靜壓溫度為990 1040°C，熱等靜壓時(shí)間為1 4h，壓力為110 140Mpa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的置氫-熱等靜壓改善鑄造Ti3Al合金微觀組織的方法，其特征在于將熱等靜壓后的鑄造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氫爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至10_3Pa，再將爐內(nèi)升溫至730 820°C，保溫15min，按照爐中的零件的重量百分比充入1 1. 2%的氫氣，充入氫氣的流量為lL/min，保溫1 4h，然后將爐內(nèi)以3 5°C / min的速度冷卻至室溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的置氫-熱等靜壓改善鑄造Ti3Al合金微觀組織的方法，其特征在于所述的將置氫處理后的零件放入熱處理爐，爐溫升至1010 1050°C，到溫后保溫 30min,然后，隨爐冷卻至800 850°C，保溫6 8h，空冷至室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的置氫-熱等靜壓改善鑄造Ti3Al合金微觀組織的方法，其特征在于將吹砂處理后零件，置于真空熱處理爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至10_3Pa，爐內(nèi)溫度升至 710 840°C，保溫8 12個(gè)小時(shí)，零件隨爐冷卻至室溫。
全文摘要
本發(fā)明屬于熱處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種置氫-熱等靜壓改善鑄造Ti3Al合金微觀組織的方法。本發(fā)明的方法為一、對鑄造Ti3Al合金進(jìn)行熱等靜壓工藝處理；二、將熱等靜壓工藝處理后的Ti3Al合金進(jìn)行置氫處理；三、對置氫處理后的Ti3Al合金進(jìn)行固溶、時(shí)效處理；四、最后進(jìn)行真空退火處理。本發(fā)明一方面利用了熱等靜壓工藝，修復(fù)了鑄造Ti3Al合金中的孔洞等缺陷，提高了合金的致密度；另一方面又利用氫在鑄造Ti3Al合金中的可逆合金化作用以及各種相變，細(xì)化鑄造Ti3Al合金的微觀組織，彌補(bǔ)晶粒粗大對合金性能帶來的不利影響。本發(fā)明有效地解決了鑄造Ti3Al合金的孔洞、縮孔等鑄造缺陷和組織粗大的問題。
文檔編號(hào)C22F1/18GK102433525SQ20111041919
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者南海, 林鶯鶯, 趙嘉琪, 趙鵬, 黃東 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院