专利名称：一种beta-gamma TiAl合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种TiAl合金及其制备方法。
背景技术：
TiAl合金具有低密度，高的比强度和比模量，良好的高温抗氧化和抗蠕变性能，以及优异的高温强度等突出特点，在航空航天以及汽车工业领域具有广泛的应用前景。变形TiAl合金具有比铸造TiAl合金更加细小均匀的组织，更高的强度和塑性变形能力，是TiAl工程化转换过程中急需的材料。现有普通的TiAl合金含有Y相，％相以及极少量的β相，塑性低，变形能力差。β相具有体心立方结构，在高温下具有更多的可开动滑移系，更容易发生变形。同时，β相与细小Y相的存在，可以明显的提升协调变形能力，因此在TiAl 合金中保留大量的β相可以明显改善TiAl合金变形能力差的缺点。通过对TiAl合金的成分进行调配，获得的相组成主要为β相和Y相的新型beta-ga_a TiAl合金，具有优良的热变形能力，塑性得到明显的改善，有利于TiAl合金的锻造及板材的轧制，对TiAl合金的工程化使用具有重大意义。
发明内容
本发明目的是为了解决现有TiAl合金高温变形能力差的问题，而提供一种beta-gamma TiAl合金及其制备方法。本发明制备的beta-gamma TiAl合金由原子百分比为38% 43%的Al、2% 8%的X、0% 2%的A和余量的Ti制成，其中X是Mo或Mn元素，A是B或Y (乾)元素。本发明beta-gamma TiAl合金的制备方法按下列步骤实现一、按原子百分比38% 43%A1、2% 8%X、0% 2%A和余量的Ti，称取海绵钛、高纯铝、AlX中间合金和高纯A ;二、将步骤一中称取的原料倒入水冷铜坩埚真空感应熔炼炉中，控制熔炼室真空度小于10_2mbar，调节熔炼炉功率在20min内增加到350 400KW后停止增加功率，保温8 20min得到合金熔体；三、将金属铸型模具预热到200 500°C，得到预热后的金属铸型模具，然后再把合金熔体浇注到预热后的金属铸型模具中，在真空感应炉内冷却到室温，得到beta-gamma TiAl 合金；其中步骤一所述的X是Mo或Mn元素,A是B或Y (乾)元素,海绵钛质量纯度大于99. 7%，高纯铝的质量纯度为99. 9%，AlX中间合金的质量纯度大于99. 5%，高纯A的质量纯度大于99. 9%。在高温下β相具有较好的变形能力，细小的Y相与β相具有较好的协调变形能力。本发明中的beta-ga_a TiAl合金主要的相组成是在晶界处形成的β相和晶粒尺寸小于50μηι的Y相，或者α2+γ + β的片层晶团，且α 2相含量很低，因此由于α 2+Y片层晶团尺寸减小或者消失以及大量β相的出现，致使本发明得到的beta-gamma TiAl合金高温变形抗力较小，变形能力增加，包套锻造、轧制以及挤压都可以比较容易的进行，提高了TiAl合金的加工性能。
在1050 1250°C，以O. 05s—1 O. 5s—1的应变速率，采用近等温的包套锻造可以非常容易地锻造出大尺寸的TiAl合金锻坯，锻坯完好无损，内部组织细小均匀，锻后晶粒尺寸为5 10 μ m。包套锻造采取一次性大变形量变形,最终变形量可达80%,显示了beta-gammaTiAl合金良好的高温变形能力，主要应用于航空航天和汽车工业材料中。
图I是具体实施方式
四制备的beta-gamma TiAl合金的热变形组织SEM图；图2是具体实施方式
四制备的beta-gamma TiAl合金锻还外观形貌照片；图3是具体实施方式
五制备的beta-gamma TiAl合金的热变形组织SEM图；图4是具体实施方式
五制备的beta-gamma TiAl合金锻还外观形貌照片；图5是具体实施方式
五制备的beta-gamma TiAl合金板材外观形貌照片； 图6是具体实施方式
七制备的beta-ga_a TiAl合金锻还外观形貌照片。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式beta-gamma TiAl合金由原子百分比为38% 43%的Al、2% 8%的X、0% 2%的A和余量的Ti制成，其中X是Mo或Mn元素，A是B或Y(钇)元素。
具体实施方式
二本实施方式beta-gamma TiAl合金由原子百分比为38. 6% 40%的Al、2. 5% 4%的X、0% 2%的A和余量的Ti制成，其中X是Mo或Mn元素，A是B或Y(钇)元素。
具体实施方式
三本实施方式beta-gamma TiAl合金的制备方法按下列步骤实施一、按原子百分比38% 43%A1、2% 8%X、0% 2%A和余量的Ti，称取海绵钛、高纯铝、AlX中间合金和高纯A ;二、将步骤一中称取的原料倒入水冷铜坩埚真空感应熔炼炉中，控制熔炼室真空度小于I(T2Hibar，调节熔炼炉功率在20min内增加到350 400KW后停止增加功率，保温8 20min得到合金熔体；三、将金属铸型模具预热到200 500°C，得到预热后的金属铸型模具，然后再把合金熔体浇注到预热后的金属铸型模具中，在真空感应炉内冷却到室温，得到beta-gamma TiAl合金；其中步骤一所述的X是Mo或Mn元素,A是B或Y (乾)元素,海绵钛质量纯度大于99. 7%，高纯铝的质量纯度为99. 9%，AlX中间合金的质量纯度大于99. 5%，高纯A的质量纯度大于99. 9%。本实施方式步骤一所用原料海绵钛、高纯铝、AlX中间合金和高纯A均为市售材料。
具体实施方式
四本实施方式得到beta-ga_a TiAl合金的制备方法按下列步骤实施一、按原子百分比40%Α1、3%Μο、0. 2%Y (钇)和余量的Ti，称取海绵钛、高纯铝、AlMo中间合金和高纯Y (钇)；二、将步骤一中称取的原料倒入水冷铜坩埚真空感应熔炼炉中，控制熔炼室真空度为O. 5Χ 10_2mbar，调节熔炼炉功率在20min内增加到380KW后停止增加功率，保温20min得到合金熔体；三、将金属铸型模具预热到300°C，得到预热后的金属铸型模具，然后再把合金熔体浇注到预热后的金属铸型模具中，在真空感应炉内冷却到室温，得到beta-gamma TiAl 合金；其中步骤一所述的海绵钛质量纯度为99. 8%，高纯铝的质量纯度为99. 9%, AlMo中间合金的质量纯度为99. 8%，高纯Y (钇)的质量纯度为99. 98%。在900°C温度下均匀化热处理72小时后，使用具有加热和保温功能的5000T锻床以O. 05s—1的应变速率，在1050°C的温度下进行近等温包套锻造，一次变形量为80%。本实施方式制备的beta-gamma TiAl合金的热变形组织SEM图如图I所示,可见晶粒尺寸为5 10 μ m。本实施方式制备的beta-ga_a TiAl合金的锻还外观形貌照片如图2所示。
具体实施方式
五本实施方式beta-gamma TiAl合金的制备方法按下列步骤实 施一、按原子百分比43%Α1、6%Μο和余量的Ti，称取海绵钛、高纯铝和AlMo中间合金；二、将步骤一中称取的原料倒入水冷铜坩埚真空感应熔炼炉中，控制熔炼室真空度为O. 5 X IO^mbar,调节熔炼炉功率在20min内增加到380KW后停止增加功率，保温20min得到合金熔体；三、将金属铸型模具预热到300°C，得到预热后的金属铸型模具，然后再把合金熔体烧注到预热后的金属铸型模具中，在真空感应炉内冷却到室温，得到beta-ga_a TiAl合金；其中步骤一所述的海绵钛质量纯度为99. 8%，高纯铝的质量纯度为99. 9%, AlMo中间合金的质量纯度为99. 8%。在900°C温度下均匀化热处理72小时后，使用具有加热和保温功能的5000T锻床以O. 05s—1的应变速率，在1050°C的温度下进行近等温包套锻造，一次变形量为80%。本实施方式制备的beta-gamma TiAl合金的热变形组织SEM图如图3所示,可见beta-gamma TiAl合金的热变形组织中的晶粒尺寸细小约为5 10 μ m。本实施方式制备的beta-gamma TiAl合金的锻坯外观形貌照片如图4所示，可见beta-gamma TiAl合金的锻还表面光滑,没有任何裂纹。再对本实施方式近等温包套锻造后的beta-gamma TiAl合金在1150°C下进行近等温包套轧制，道次变形量为10%，轧制出的TiAl合金表面光洁，没有缺陷。本实施方式得到beta-gamma TiAl合金板材外观形貌如图5所示。
具体实施方式
六本实施方式beta-gamma TiAl合金的制备方与具体实施方式
五不同的是步骤一按原子百分比40%Α1、4%Μο、0. 5%B和余量的Ti，称取海绵钛、高纯铝、AlMo中间合金和高纯B ;其中海绵钛质量纯度为99. 8%，高纯铝的质量纯度为99. 9%，AlMo中间合金的质量纯度为99. 8%，高纯B的质量纯度为99. 98%。其它步骤与参数与具体实施方式
五相同。本实施方式中制备的beta-gamma TiAl合金在900°C温度下均勻化热处理72小时后，以O. 05s-1的应变速率，在1200°C下进行近等温包套挤压变形，挤压比为8:1，可见本实施方式制备得到的beta-ga_a TiAl合金具有良好的变形能力。
具体实施方式
七本实施方式beta-gamma TiAl合金的制备方法按下列步骤实施一、按原子百分比40%A1、4. 5%Mn和余量的Ti，称取海绵钛、高纯铝和AlMn中间合金；二、将步骤一称取的原料倒入水冷铜坩埚真空感应熔炼炉中，控制熔炼室真空度为O. 5 X IO^mbar,调节熔炼炉功率在20min内增加到380KW后停止增加功率，保温20min得到合金熔体；三、将金属铸型模具预热到300°C，得到预热后的金属铸型模具，然后再把合金熔体烧注到预热后的金属铸型模具中，在真空感应炉内冷却到室温，得到beta-ga_a TiAl合金；其中步骤一所述的海绵钛质量纯度为99. 8%，高纯铝的质量纯度为99. 9%, AlMn中间合金的质量纯度为99. 8%。在900°C温度下均匀化热处理72小时后，使用具有加热和保温功能的5000T锻床以O. Is—1的应变速率，在1150°C的温度下进行近等温包套锻造，一次变形量达到80%。本实施方式制备的beta-gamma TiAl合金的锻坯外观形貌照片如图6所示，可见 beta-gamma TiAl合金的锻还表面光滑,没有任何裂纹。
权利要求
1.一种beta-gamma TiAl合金,其特征在于beta-gamma TiAl合金由原子百分比为38% 43%的Al、2% 8%的X、0% 2%的A和余量的Ti制成，其中X是Mo或Mn元素，A是B或Y元素。
2.根据权利要求I所述的一种beta-gammaTiAl合金,其特征在于beta-gamma TiAl合金由原子百分比为38. 6% 40%的Al、2. 5% 4%的X、0% 2%的A和余量的Ti制成，其中X是Mo或Mn元素，A是B或Y元素。
3.如权利要求I所述的一种beta-ga_aTiAl合金的制备方法，其特征在于beta-gamma TiAl合金的制备方法按下列步骤实现 一、按原子百分比38% 43%A1、2% 8%X、0% 2%A和余量的Ti，称取海绵钛、高纯铝、AlX中间合金和高纯A ;二、将步骤一中称取的原料倒入水冷铜坩埚真空感应熔炼炉中，控制熔炼室真空度小于10_2mbar，调节熔炼炉功率在20min内增加到350 400KW后停止增加功率，保温8 20min得到合金熔体；三、将金属铸型模具预热到200 500°C，得到预热 后的金属铸型模具，然后再把合金熔体浇注到预热后的金属铸型模具中，在真空感应炉内冷却到室温，得到beta-gamma TiAl合金； 其中步骤一所述的X是Mo或Mn元素，A是B或Y元素,海绵钛质量纯度大于99. 7%,高纯铝的质量纯度为99. 9%，AlX中间合金的质量纯度大于99. 5%，高纯A的质量纯度大于.99. 9%。
全文摘要
一种beta-gamma TiAl合金及其制备方法，它涉及一种TiAl合金及其制备方法。本发明要解决现有TiAl合金高温变形能力差的问题。产品由Al、X、A和余量的Ti制成，其中X是Mo或Mn元素，A是B或Y元素。制备方法一、按原子百分比称取原料；二、原料倒入真空感应熔炼炉中进行真空熔炼；三、把合金熔体浇注到预热后的金属铸型模具中，得到beta-gamma TiAl合金。本发明制备的beta-gamma TiAl合金提高了钛铝合金的高温变形能力，采用近等温包套锻造的变形量可达80%，制成的锻坯表面光滑，内部组织细小均匀，主要应用于航空航天和汽车工业材料中。
文档编号C22C14/00GK102828067SQ201210369708
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者陈玉勇, 孔凡涛, 张树志, 邓宁嘉, 葛伟, 徐国俊 申请人:哈尔滨工业大学, 南京宝泰特种材料股份有限公司