專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鎳微合金化的鈦鋁金屬間化合物合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域。
鈦鋁金屬間化合物合金是極具潛力的新型高溫結(jié)構(gòu)材料。自八十年代以來(lái)，世界各國(guó)均投入了大量的人力物力進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。
經(jīng)過(guò)最近十余年的研究，已發(fā)明了一些具有一定室溫拉伸塑性和斷裂韌性的鈦鋁合金，如日本專(zhuān)利特開(kāi)平1-255632、1-259139，美國(guó)專(zhuān)利No-4879092、3857268、5518690等。這些合金的塑性、韌性的提高均是通過(guò)熱機(jī)械處理調(diào)整組織實(shí)現(xiàn)的。針對(duì)鈦鋁合金熱加工性能較差，也提出了一些擴(kuò)大鈦鋁合金熱加工窗口(Process Window)的專(zhuān)利技術(shù)，如日本專(zhuān)利特開(kāi)平1-312048，美國(guó)專(zhuān)利No-4842819，中國(guó)專(zhuān)利92110539等。但是，鈦鋁合金通常在γ+α2或γ+α兩相區(qū)溫度、以鑄態(tài)粗大的全層片組織進(jìn)行熱加工，使得改善其熱加工性能的研究尚未取得突破，熱加工組織還普遍存在較嚴(yán)重的不均勻性。這些仍是制約變形鈦鋁合金工程應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。有文獻(xiàn)報(bào)道，日本、美國(guó)的科學(xué)家進(jìn)行α單相區(qū)高溫?zé)峒庸ぴ囼?yàn)發(fā)現(xiàn)，鈦鋁合金在如此高溫度下的熱加工性能很好，且變形組織均勻(日本金屬學(xué)會(huì)志，1992年，第56卷，第10號(hào)，P.1118；Intermetallics,1996,Vol.4,P.429)。但是一般的熱加工設(shè)備，特別是工程上常用的鍛造設(shè)備均難以承受如此高的加工溫度，該技術(shù)的應(yīng)用范圍有限、應(yīng)用成本較高。而有研究曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)，單相γ-TiAl合金在低于Tα溫度下的熱加工性能很好，且變形組織均勻(Scripta Metall.Mater.,1994,Vol.30,P.429)。因此，在具有應(yīng)用價(jià)值的雙相鈦鋁合金中先于熱機(jī)械加工得到細(xì)小等軸晶粒的近γ組織應(yīng)是解決日前變形鈦鋁合金熱加工性能和組織均勻性問(wèn)題的最佳技術(shù)途徑。另一方面，鑄造鈦鋁合金因具有可近凈成形性和經(jīng)濟(jì)性而在近些年有了較快的發(fā)展，美、日、中國(guó)等國(guó)家均已研制出鑄造鈦鋁合金航空及車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)部件并在不同程度上進(jìn)行了臺(tái)架試車(chē)和裝機(jī)考核(JOM,1994,Vol.46,No.7,P.30；’96中國(guó)金屬間化合物學(xué)術(shù)研究暨應(yīng)用研討會(huì)論文集-鋼鐵研究學(xué)報(bào)，1997(增刊)，P.1；Structural Intermetallics,Warrendale PA,TMSl997,P.3)。目前，原始鑄態(tài)組織粗大、不均勻和熱處理改善組織較為困難是應(yīng)用鑄造鈦鋁合金的主要技術(shù)難點(diǎn)?，F(xiàn)已有一些專(zhuān)利和研究報(bào)道，如美國(guó)專(zhuān)利No.5609698、5634922，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?7119996.5，為改善鑄造鈦鋁合金組織提出了一些工藝技術(shù)，但這些技術(shù)或效果不很理想或熱處理工藝較為復(fù)雜。
目前尚未見(jiàn)有利用鎳微合金化技術(shù)促進(jìn)鑄造鈦鋁合金組織轉(zhuǎn)變和改善變形鈦鋁合金熱加工性能的專(zhuān)利。
本發(fā)明的目的是提供一種鎳微合金化鈦鋁金屬間化合物合金。通過(guò)鎳微合金化促使鑄造鈦鋁合金粗大的層片組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я＜?xì)小等軸的近γ組織，進(jìn)而或?qū)⑵錈崽幚頌殍T造鈦鋁合金綜合力學(xué)性能優(yōu)異的細(xì)小全層片組織；或以其作為熱加工的預(yù)備組織提高變形鈦鋁合金的熱加工性能、改善變形鈦鋁合金組織的均勻性。
基于上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體化學(xué)成分(原子百分比)為Al45.0～48.0；Cr1～3；V0～3；Nb0～3；Ni0.2～0.8；余為T(mén)i。
本發(fā)明提出的上述鎳微合金化鈦鋁合金，是通過(guò)鎳擴(kuò)大鈦鋁合金的γ相區(qū)，使鑄造鈦鋁合金可以在近共析溫度發(fā)生γ相的重結(jié)晶，從而得到晶粒細(xì)小等軸的近γ組織。
再重新將這種晶粒細(xì)小等軸的近γ組織加熱到α相區(qū)溫度，可以通過(guò)α相在γ相晶粒內(nèi)多取向片狀析出形成γ/α層片結(jié)構(gòu)，這種層片結(jié)構(gòu)冷卻后即得到鑄造鈦鋁合金細(xì)小全層片組織。
這種晶粒細(xì)小等軸的近γ組織具有優(yōu)異的熱加工性能，可以在900-1100℃/1.0-0.01每秒應(yīng)變速率條件下一次熱壓縮變形真應(yīng)變達(dá)120％以上，而且所產(chǎn)生的變形組織均勻、無(wú)層片組織不均勻變形所形成的的變形帶，可以進(jìn)一步再結(jié)晶熱處理得到變形鈦鋁合金綜合力學(xué)性能優(yōu)異的細(xì)小全層片組織。
本發(fā)明的制造方法是在鈦鋁合金(Al45.0～48.0；Cr1～3；V0～3,Nb0～3；Ni0.2～0.8；余為T(mén)i)配料中添加原子百分比為0.2-0.8的金屬鎳，然后用冷坩堝真空感應(yīng)懸浮爐熔煉并澆鑄的鑄錠在1100-1200℃等溫退火100-200小時(shí)得到晶粒細(xì)小等軸的近γ組織。
對(duì)鑄造鈦鋁合金，是將得到的近γ組織重新加熱到1300-1400℃溫度保溫5-30分鐘，使α相在γ相晶粒內(nèi)多取向片狀析出形成γ/α層片結(jié)構(gòu)，冷卻后得到層片團(tuán)小于100μm的細(xì)小全層片或近全層片組織。
對(duì)變形鈦鋁合金，是將得到的近γ組織在900-1100℃/1.0-0.01每秒應(yīng)變速率下熱壓力加工，一次變形真應(yīng)變量可取80-160％，然后將變形組織在1300-1400℃溫度再結(jié)晶3-20分鐘后空冷得到層片團(tuán)小于80μm的細(xì)小全層片或近全層片組織。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明在現(xiàn)有鈦鋁合金中添加微量元素鎳，不改變已形成的合金成分優(yōu)化設(shè)計(jì)，而是利用微量鎳的作用使鈦鋁合金原始鑄態(tài)粗大且不均勻的層片組織在近共析溫度熱處理中分解、重結(jié)晶為晶粒細(xì)小等軸的均勻近γ組織。得到的近γ組織可以進(jìn)一步熱處理為鑄造鈦鋁合金綜合力學(xué)性能優(yōu)異的細(xì)小全層片組織；也可以作為有利于熱塑性變形的熱加工初始組織，使鈦鋁合金可以在相對(duì)較低的溫度實(shí)現(xiàn)較大量的變形，并且可以通過(guò)熱處理使熱變形均勻的組織再結(jié)晶為變形鈦鋁合金綜合力學(xué)性能優(yōu)異的細(xì)小全層片組織。
實(shí)施例。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
是在鈦鋁合金(Al45.0～48.0；Cr1～3；V0～3,Nb0～3；余為T(mén)i)配料中添加原子百分比為0.2-0.8的金屬鎳，設(shè)計(jì)了三批合金，三批合金的具體成分列在表1，然后用冷坩堝真空感應(yīng)懸浮爐熔煉并澆鑄的鑄錠在1100-1200℃等溫退火100-200小時(shí)得到晶粒細(xì)小等軸的近γ組織。取得近γ組織的熱處理制度及組織細(xì)化效果列在表2。
對(duì)鑄造鈦鋁合金，是將得到的近γ組織重新加熱到1300-1400℃溫度保溫5-30分鐘，使α相在γ相晶粒內(nèi)多取向片狀析出形成γ/α層片結(jié)構(gòu)，冷卻后得到層片團(tuán)小于100μm的細(xì)小全層片或近全層片組織，取得鑄造鈦鋁合金細(xì)小全層片或近全層片組織的熱處理制度及效果列在表3。
對(duì)變形鈦鋁合金，是將得到的近γ組織在900-1100℃溫度1.0-0.001每秒應(yīng)變速率下熱壓力加工，一次變形真應(yīng)變量可取80-160％，然后將變形組織在1300-1400℃溫度再結(jié)晶3-20分鐘后空冷得到層片團(tuán)小于80μm的細(xì)小全層片或近全層片組織。其中變形鈦鋁合金熱加工制度及效果列在表4，取得變形鈦鋁合金細(xì)小全層片或近全層片組織的熱處理制度及效果列在表5表1實(shí)施例鎳微合金化的鈦鋁合金成分(原子百分比)
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表2實(shí)施例取得近γ組織的熱處理制度及組織細(xì)化效果
表3實(shí)施例取得鑄造鈦鋁合金細(xì)小全層片或近全層片組織的熱處理制度及效果
p><p>表4實(shí)施例變形鈦鋁合金熱加工制度及效
表5實(shí)施例取得變形鈦鋁合金細(xì)小全層片或近全層片組織的熱處理制度及效果
權(quán)利要求
一種鎳微合金化的鈦鋁金屬間化合物合金，其特征在于在現(xiàn)有鈦鋁合金中添加微量元素鎳，通過(guò)鎳微合金化促使鑄造鈦鋁合金粗大的層片組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я＜?xì)小等軸的近γ組織，進(jìn)而或?qū)⑵錈崽幚頌殍T造鈦鋁合金綜合力學(xué)性能優(yōu)異的細(xì)小全層片組織；或以其作為熱加工的預(yù)備組織提高變形鈦鋁合金的熱加工性能、改善變形鈦鋁合金組織的均勻性；具體化學(xué)成分(原子百分比)為Al45.0～48.0；Cr1～3；V0～3,Nb0～3；Ni0.2～0.8；余為T(mén)i。
全文摘要
一種鎳微合金化的鈦鋁金屬間化合物合金,屬于高溫結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域,特點(diǎn)是:具體化學(xué)成分(原子百分比)為Al45.0～48.0;Cr1～3;V0～3;Nb0～3;Ni0.2～0.8;余為T(mén)i,本發(fā)明通過(guò)鎳微合金化促使鑄造鈦鋁合金粗大的層片組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я＜?xì)小等軸的近γ組織,進(jìn)而或?qū)⑵錈崽幚頌殍T造鈦鋁合金綜合力學(xué)性能優(yōu)異的細(xì)小全層片組織;或以其作為熱加工的預(yù)備組織提高變形鈦鋁合金的熱加工性能,改善變形鈦鋁合金組織的均勻性。
文檔編號(hào)C22C14/00GK1235202SQ9910744
公開(kāi)日1999年11月17日 申請(qǐng)日期1999年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月19日
發(fā)明者張繼, 張志宏, 蘇曦, 馬萬(wàn)青, 張建偉, 鄒敦?cái)? 李世瓊, 仲增墉 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院