鈦鋁基合金晶粒細化的方法
2023-05-01 02:26:16 1
專利名稱：鈦鋁基合金晶粒細化的方法
技術領域：
本發明屬於金屬熱處理領域。主要適用於鈦鋁基合金的晶粒細化。
鈦鋁基合金由於具有優異的高溫蠕變比強度和比剛度，以及良好的抗氧化性能，被認為是較理想的航空航天用材料，可用於製造航空航天發動機零部件，如渦輪盤、葉片及滾珠等，也可用於地而動力系統，如汽車、坦克發動機增壓渦輪、排氣閥、活塞等高溫零部件。但由於該類合金固有的室溫本徵脆性嚴重，未能得到實際應用。
為此，各國都在爭相研究提高鈦鋁基合金室溫塑韌性的工藝研究(如日本專利平1-255632。平1-259139、平1-312048，美國專利US4879092、US4842829)。這些研究結果表明，具有全片層組織(Lamellar)的鈦鋁基合金具有較高的室溫韌性，但該片層組織的晶粒粗大，致使室溫塑性仍很低。為了細化晶粒，可在片層中引入γ相，從而得到片層組織+γ相的復相細晶組織。這種復相細晶組織雖有較高的塑性，但由於γ相抗裂紋擴展能力低下，使其韌性極差，遠達不到工程上實用的要求。只有晶粒細小的全片層組織的鈦鋁基合金既可獲得較高的室溫塑性，又具有良好的韌性，使該類合金的實用化成為現實。
現有的獲得晶粒細小的片層組織的方法有如下三種①高溫α相區變形法該方法是使合金在α相區(相當於1300～1400℃)進行等溫變形，隨之保溫，發生再結晶。該方法雖能得到一定細化程度的片層組織，但由於α相變形區溫度過高，在1300℃以上進行恆溫變形，如鍛造，這對工藝設備提出了十分苛刻的要求，即工藝設備上較困難;另一方面，也提高了生產成本(《日本金屬學會志》，第56卷，第10號(1992)，P1118)。
②α→γ循環熱處理法該方法是在β相區(約1400～1470℃)和α相區(約1300～1400℃)之間多次(10次以上)循環反覆熱處理，α相和β相各自形核長大，反覆多次，達到細化晶粒的目的。此方法雖也能取得一定效果，但也存在處理溫度太高，已接近合金的熔點，操作困難，另外，所需循環次數太多，工藝複雜，成本高(日本專利特開平4-235263，特開平4-235264)。
③引入高熔點相法該方法是在合金冶煉過程中，加入Ti、B、N等元素，這些元素形成高熔點的化合物(如TiN、TiB2等)，這些化合物顆粒細小，彌散地分布在合金中，它們可以阻礙隨後合金處理過程中的晶粒長大。此方法對提高塑性並不理想，因所引入相(化合物)本身就是脆性相，而且常常處於晶界，其結果反而使合金的塑性降低(《日本金屬學會春期大會演講概要》，1992，P327)。
本發明的目的在於提供一種能有效細化各種鈦鋁基合金晶粒的鈦鋁基合金晶粒細化的方法。
為達到上述目的，本發明採用了如下技術方案首先對冶煉完的合金錠在900～1250℃進行恆溫鍛造或熱擠壓預處理;經預處理後的合金在γ+α2相區進行再結晶處理，其處理溫度為700～1120℃範圍，時間3～30小時，使之充分再結晶;隨後在α相區進行均勻化處理，其處理溫度1260～1350℃，時間10分鐘～4小時，上述過程完成了一次晶粒細化的處理，為了進一步細化晶粒，需進行兩次或兩次以上的晶粒細化處理工序。即在完成一次細化處理之後，繼續在γ+α2相區再結晶(為敘述方便，本文把第二次及以後各次細化處理工序的γ+α2相區熱處理也統稱為γ+α2相區再結晶處理)，γ和α2晶粒又要在一次細化處理後的α相(即片層)晶界上重新形核、長大，得到更為細小的等軸γ晶粒和少量的等軸α2晶粒，然後，再進行α相區均勻化，α晶粒又在γ晶粒內再形核、長大，最後得到十分細小的α晶粒，冷卻下來即可得到細小的片層組織。這樣，就完成了二次晶粒細化處理。可以繼續重複以上工序，進行多次晶粒細化處理。
在上述晶粒細化處理過程中，預處理的目的是為了破壞粗大的鑄造組織，為隨後的工序創造條件。在γ+α2相區進行再結晶處理，也是為了能較好地控制晶粒長大速度，使預處理變形後組織再結晶時，晶粒不會過分長大，保證隨後工序的晶粒有效細化的效果。在α相區均勻化處理過程中，由於α相及組織原先存在的γ相晶粒沒有組織遺傳性，α相形成必須經過一個形核、長大的過程，合金在均勻化前的組織中，有大量均勻分布的γ晶界，這些晶界都成為α相優先形核的位置，α相大量的、均勻形核的結果，使α相晶粒長大過程中互相制約，彼此阻止晶粒長大。如此處理後，α相晶粒就非常細小。另外，由於合金在預處理過程中所儲存的變形能在γ+α2相區再結晶過程中已基本被釋放，使得α相區均勻化處理時，α相相變的驅動力就較小了，致使α相晶粒的形核、長大速度較慢，晶粒尺寸得到了較好的控制。
本發明試驗證明，一次晶粒細化處理就可使晶粒明顯地細小化，其晶粒尺寸比未經細化處理前下降70%以上。第二次晶粒細化處理後，晶粒已充分細化，晶粒尺寸可達到小於30μm。第三次晶粒細化處理的效果就不明顯了。
與現有技術相比，本發明的主要優點如下①晶粒細化效果顯著，如表1所示。
②晶粒細化工藝簡單，操作方便。
③成本低。
表1、本發明與現有技術的晶粒細化處理結果的比較
實施例根據本發明所述的晶粒細化方法，對三種鈦鋁基合金進行了晶粒細化處理。
首先在2Kg真空感應爐上冶煉了三爐鈦鋁基合金，其具體的化學成分如表2所示。冶煉完畢，都澆鑄成φ50×120mm鑄錠。鑄錠經加熱爐加熱後，進行恆溫鍛造，即進行預處理。預處理後隨即進行一次細化處理先在γ+α2相區再結晶處理，隨後在α相區進行均勻化處理，處理完畢後冷卻，這就完成了一次晶粒細化處理。接著又進行了第二次晶粒細化處理。其中第3號合金還進行了第三次晶粒細化處理。每次處理後，均測量了合金片層組織的晶粒尺寸。
實施例使合金所進行的預處理、γ+α2相區再結晶處理和α相區均勻化處理的工藝參數，以及每次處理後的晶粒尺寸如表3所示。
表2實施例合金的化學成分(重量%)
表3實施例合金晶粒細化處理的工藝參數及晶粒尺寸
權利要求
1.一種鈦鋁基合金晶粒細化的方法，其特徵在於具體的工藝包括A、首先對冶煉完的合金錠在900～1250℃進行恆溫鍛造或熱擠壓預處理；B、經預處理後的合金在γ+α2相區進行再結晶處理，處理溫度為700～1120℃，時間為3～30小時；C、再結晶處理後在α相區進行均勻化處理，其處理溫度為1260～1350℃，時間為10分鐘～4小時。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於需進行兩次或兩次以上的晶粒細化處理。
全文摘要
本發明屬於金屬熱處理領域，適用於鈦鋁基合金晶粒細化。其主要特徵是合金冶煉完後，首先在900～1250℃進行恆溫鍛造或熱擠壓預處理；之後，合金在γ+α
文檔編號C22F1/18GK1085263SQ9311794
公開日1994年4月13日 申請日期1993年9月30日 優先權日1993年9月30日
發明者石建東, 鄒敦敘, 馬萬青 申請人:冶金工業部鋼鐵研究總院