專利名稱：鈦鋁合金鑄件的組織均勻細(xì)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬熱處理的技術(shù)領(lǐng)域。特別適用于鑄造鈦鋁合金的層片狀原始鑄態(tài)組織的均勻化和細(xì)化。
鈦鋁金屬間化合物基合金是一種比重低而高溫強(qiáng)度高，因而最具有潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料。該材料將成為有利于先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)減輕重量，提高工作效率的新型材料。經(jīng)過多年的研究和開發(fā)，已使鈦鋁合金的室溫脆性問題通過合金化和熱機(jī)械處理、調(diào)整細(xì)化組織基本得到解決。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于精鑄技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使用權(quán)得鈦鋁合金部件的研制越來越被受到重視。而鈦鋁合金的原始鑄態(tài)組織一般為粗大層片團(tuán)，存在有不同程度擇優(yōu)取向的全層片或近全層片組織。在采用熱機(jī)械變形條件下的加工處理方法，來改變鈦鋁合金內(nèi)部組織晶粒細(xì)化的問題，已基本得到解決。例如中國(guó)專利ZL93117942.4所介紹的一種鈦鋁基合金晶粒細(xì)化的方法。該專利是采用將合金錠在900-1250℃中進(jìn)行恒溫鍛造或熱擠壓預(yù)處理工藝，然后進(jìn)行再結(jié)晶處理和均勻化處理。在該專利的晶粒細(xì)化處理過程中，預(yù)處理的目的是為了破壞粗大的鑄造組織，因此采用了恒溫鍛造或熱擠壓的機(jī)械變形方法，來達(dá)到使鑄造合金組織內(nèi)粗大的晶粒得到細(xì)化再結(jié)晶的目的。所以該方法僅適用于需要變形加工的鈦鋁合金構(gòu)件。目前在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于鑄造鈦鋁合金鑄件，在無熱機(jī)械變形的條件下，依靠通過熱處理來調(diào)整和細(xì)化基體組織的方法研究，仍沒有理想的結(jié)果。
本發(fā)明的目的是提出一種在無熱機(jī)械變形的條件下，能夠有效地均勻細(xì)化鈦鋁合金鑄件組織的制造方法。
為達(dá)到本發(fā)明的目的，我們所提出的鈦鋁合金鑄件組織均勻細(xì)化的方法是將鈦鋁合金鑄件首先放在熱等靜壓機(jī)內(nèi)進(jìn)行α相區(qū)高溫處理，在消除鑄件鑄造缺陷的同時(shí)實(shí)現(xiàn)組織的均勻化。其熱等靜壓處理方法是等靜壓機(jī)的壓力定為120-180Mpa，加熱溫度為1380℃-1420℃，熱等靜壓處理的保溫時(shí)間為10-60分鐘。第二步是進(jìn)行4-8次的循環(huán)熱處理，其每次循環(huán)熱處理的制度為900-950℃，保溫1-2小時(shí)后再升溫至1150-1200℃，保溫0.5-1.5小時(shí)。當(dāng)?shù)谝淮窝h(huán)熱處理結(jié)束后，將溫度降溫至900-950℃，所需降溫時(shí)間為1-3小時(shí)再保溫進(jìn)行第二次循環(huán)熱處理。第三步是進(jìn)行共析溫度等溫處理，其制度為加熱溫度1100-1200℃，保溫時(shí)間72-120小時(shí)。最后進(jìn)行臨界溫度處理，其溫度為1320-1380℃，保溫時(shí)間為3-15分鐘后爐冷或空冷至室溫。
在本發(fā)明的鈦鋁合金鑄件組織均勻細(xì)化方法中的熱等靜壓處理，是在消除鑄造缺陷的同時(shí)，可使原始態(tài)鑄造組織在α相區(qū)重結(jié)晶而后冷卻的過程中形成無擇優(yōu)取向、層片團(tuán)尺寸均勻的全層片組織。其原理是由于高溫高壓下位錯(cuò)等易易擴(kuò)散通道增多，重結(jié)晶時(shí)間較短，所形成的α相晶粒較小而且均勻，因此使的全層片組織層片尺寸較相同溫度真空熱處理得到的層片團(tuán)尺寸要細(xì)小均勻。采用循環(huán)熱處理方法是由于在每次循環(huán)熱處理過程中，鈦鋁合金層片組織中的α2相或γ相均有使其發(fā)生溶解或析出相變的化學(xué)自由能產(chǎn)生，這種能量波動(dòng)是可以加劇層狀物質(zhì)本征的瑞利形狀擾動(dòng)，從而導(dǎo)致層狀物質(zhì)出現(xiàn)內(nèi)部的間斷，因此可在鈦鋁合金層片組織中引入一定數(shù)量的層片內(nèi)端點(diǎn)。之后經(jīng)過一定時(shí)間的等溫?zé)崽幚?，可使鑄造鈦鋁合金層片組織中的層片由內(nèi)、外端點(diǎn)引發(fā)Gibbs-Thomson效應(yīng)驅(qū)動(dòng)的粗化反應(yīng)或稱連續(xù)粗化反應(yīng)，進(jìn)而使層片分段等軸化為晶粒尺寸小于原層片團(tuán)尺寸的近γ組織。由此得到的鑄造鈦鋁合金的近γ組織晶粒尺寸可近150-100μm。對(duì)于得到的近γ組織可用金相法測(cè)定進(jìn)入α單相區(qū)的臨界溫度Tα，并進(jìn)行臨界溫度處理。由于在這個(gè)過程中，高溫α/γ層片結(jié)構(gòu)是在高于Tα溫度段內(nèi)γ相基體上形成的，因此有四種近等同的{111}γ慣習(xí)面可以析出片狀α相，所以形成的全層片團(tuán)尺寸小于原近γ組織尺寸，可達(dá)到120-50μm。
采用本發(fā)明鑄造鈦鋁合金鑄件的組織均勻細(xì)化方法與現(xiàn)有技術(shù)相比較，可以在無熱機(jī)械變形時(shí)，僅采用熱處理方法使鑄造鈦鋁合金鑄件的全層片組織細(xì)化，得到全層片組織層片團(tuán)尺寸和室溫力學(xué)性能，接近變形合金水平。本發(fā)明方法與一次性α+γ兩相區(qū)溫度等溫?zé)崽幚硐啾容^，所得到的組織為全層片型，而且其層片團(tuán)尺寸更小，更有利于鈦鋁合金鑄件的室溫塑性和韌性以及鑄件強(qiáng)度。另外該方法僅采用熱等靜壓處理，同時(shí)發(fā)揮了消除鑄造的缺陷和組織的均勻化兩個(gè)作用，所以提高了生產(chǎn)效率，而且還降低了生產(chǎn)工藝成本。
實(shí)施例本發(fā)明實(shí)施例是采用成份為AL46.5％，Cr1.0％，V2.5％，Ti50％(重量％)的材料，在冷坩鍋真空感應(yīng)懸浮爐中冶煉的鑄造型鈦鋁合金鑄件，經(jīng)三次重熔后在銅模中澆鑄了7個(gè)鑄件，每個(gè)鑄件尺寸為φ40×100mm，然后將每個(gè)鑄件均采用線切割機(jī)截取角度為∠30°的15mm高，扇形試樣，再將這些試樣采用本發(fā)明方法和現(xiàn)有技術(shù)的處理方法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，其對(duì)比結(jié)果見下表。表1為本發(fā)明實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)的制造方法相比較結(jié)果。表2為本發(fā)明鈦鋁合金鑄件與現(xiàn)有技術(shù)性能檢驗(yàn)的比較結(jié)果。在表中1、2、3、4為采用本發(fā)明方法進(jìn)行試驗(yàn)，5、6、7為對(duì)比試驗(yàn)。表1本發(fā)明實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)的制造方法比較結(jié)果
表2本發(fā)明鈦鋁合金鑄件與現(xiàn)有技術(shù)性能比較結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種鑄造鈦鋁合金的組織均勻細(xì)化方法，該方法是將鈦鋁合金鑄件首先放在熱等靜壓機(jī)內(nèi)進(jìn)行α相區(qū)高溫處理，其次是進(jìn)行循環(huán)熱處理，第三步是進(jìn)行共析溫度等溫處理，最后進(jìn)行臨界溫度處理，其特征在于A、熱等靜壓處理是將等靜壓機(jī)的壓力定為120-180Mpa，加熱溫度為1380-1420℃，熱等靜壓處理的保溫時(shí)間為10-60分鐘；B、每次循環(huán)熱處理的溫度為900-950℃保溫1-2小時(shí)后再升溫至1150-1200℃，保溫時(shí)間為0.5-1.5小時(shí)；C、進(jìn)行共析溫度等溫處理的加熱溫度為1100-1200℃，保溫時(shí)間72-120小時(shí)；D、臨界溫度處理的加熱溫度為1320-1380℃，保溫時(shí)間為3-15分鐘后爐冷或空冷至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)熱處理制度，其特征在于當(dāng)?shù)谝淮窝h(huán)熱處理結(jié)束后，將溫度降至900-950℃時(shí)，所需降溫時(shí)間為1-3小時(shí)再保溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述循環(huán)熱處理制度，其特征在于循環(huán)熱處理的循環(huán)次數(shù)為4-8次。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬熱處理的技術(shù)領(lǐng)域。特別適用于鈦鋁合金鑄件的層片狀原始鑄態(tài)組織的均勻化和細(xì)化。該方法是將鈦鋁合金鑄件首先經(jīng)熱等靜壓在α相區(qū)高溫處理,其次進(jìn)行循環(huán)熱處理和共析溫度等溫處理,最后是進(jìn)行臨界溫度處理。本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比較可以使鑄造鈦鋁合金的全層片組織得到明顯均勻細(xì)化,和接近變形合金組織,該方法能消除鑄造的缺陷,使鑄件組織均勻細(xì)化,并能提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C22F1/18GK1187545SQ9711999
公開日1998年7月15日 申請(qǐng)日期1997年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月3日
發(fā)明者張繼, 張志宏, 馬萬青, 張建偉, 鄒敦?cái)? 仲增墉, 李世瓊 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院