一种含B、Y的细晶TiAl合金的制备方法技术

一种含B、Y的细晶TiAl合金的制备方法。本发明专利技术涉及一种TiAl合金的制备方法。本发明专利技术的目的是要解决通过添加B、Y元素来细化TiAl合金组织而产生的添加量过少达不到细化效果以及添加量过多导致合金室温性能不良的问题。方法：一、将海绵钛、铝锭、合金元素X物质、硼粉和钇铝中间合金通过金属压块机压块成型，得到块体；二、将步骤一得到的块体放入到水冷铜坩埚感应熔炼炉中，熔炼得到熔体；三、先将金属铸型预热，然后将步骤二得到的熔体浇铸到预热后的金属铸型中，浇铸完成后随炉冷却，得到含B、Y细晶TiAl合金。本发明专利技术产品片层团组织尺寸细小，提高了TiAl合金的使用性能，增大TiAl合金的利用率，降低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种TiAl合金的制备方法。
技术介绍
TiAl合金是一种新型的高温结构材料，具有高熔点、低密度、高弹性模量以及较好的高温强度、阻燃能力、抗氧化性等优点，是一种具有广阔应用前景的新型轻质耐热高温结构材料，被认为是极具竞争潜力的下一代航空发动机用结构材料之一。然而，TiAl合金粗大的组织及低的室温塑性限制了其广泛应用。数十年来，国内外学者在TiAl合金的组织和性能方面做了大量的探索与研究。结果显示，通过加入一定量B、Y等元素，在凝固过程中硼化物、氧化钇、碳化物阻碍TiAl合金的枝晶长大，可以细化TiAl合金的铸态组织。而这种细化方法会存在以下缺点:B、Y等元素对TiAl合金的细化有所谓“阈值”，即必须加入相当的量的B、Y等元素，才能起到细化效果，少于这个“阈值”则不能达到细化的效果。但是超过“阈值”的B、Y等元素的加入会在晶界析出大量的硼化物、氧化钇，降低晶界间的结合能，降低合金强度、塑性。所以目前需要引入一种新的B、Y元素的加入方式，减弱大量B、Y元素对合金室温性能的不良影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决通过添加B、Y元素来细化TiAl合金组织而产生的添加量过少达不到细化效果以及添加量过多导致合金室温性能不良的问题，而提供。本专利技术的按以下步骤进行:一、将海绵钛、铝锭、硼粉和钇铝中间合金通过金属压块机压块成型，得到块体；压块前将海绵钛分成两份，压块时自下而上各层分别为其中一份海绵钛、铝锭、硼粉、钇铝中间合金和另一份海绵钛；二、将步骤一得到的块体放入到水冷铜坩祸感应熔炼炉中，然后将水冷铜坩祸真空感应恪炼炉抽真空至1.0X10 3mbar?3.0X10 3mbar，再以10kW/min?15kW/min的速率将熔炼功率升至85kW?90kW，然后在85kW?90kW的恒定功率下熔炼300s?360s，得到熔体；三、先将金属铸型预热至温度为300°C?400°C，然后将步骤二得到的熔体浇铸到预热后的金属铸型中，浇铸完成后随炉冷却，得到含B、Y细晶TiAl合金；所述的含B、Y细晶TiAl合金中各元素原子百分含量为43%?48%的A1、0.1%?0.4%的B、0.02%?0.2%的Y和余量的Ti。本专利技术的按以下步骤进行:一、将海绵钛、铝锭、含元素X的物质、硼粉和钇铝中间合金通过金属压块机压块成型，得到块体；压块前将海绵钛分成两份，压块时自下而上各层分别为其中一份海绵钛、铝锭、含元素X的物质、硼粉、钇铝中间合金和另一份海绵钛；所述的含元素X的物质为铝铌中间合金、铝钒中间合金、铝钼中间合金、钨粉、金属铁和金属铬中的一种或几种，且所述的含元素X的物质中元素X为非铝元素；二、将步骤一得到的块体放入到水冷铜坩祸感应熔炼炉中，然后将水冷铜坩祸真空感应恪炼炉抽真空至1.0X10 3mbar?3.0X10 3mbar，再以10kW/min?15kW/min的速率将熔炼功率升至85kW?90kW，然后在85kW?90kW的恒定功率下熔炼300s?360s，得到熔体；三、先将金属铸型预热至温度为300°C?400°C，然后将步骤二得到的熔体浇铸到预热后的金属铸型中，浇铸完成后随炉冷却，得到含B、Y细晶TiAl合金；所述的含B、Y细晶TiAl合金中各元素原子百分含量为43 %?48 %的A1、0.01 %?9 %的合金元素X、0.1 %?0.4%的Β、0.02%?0.2%的Y和余量的Ti。本专利技术有益效果本专利技术是在合金熔炼过程中加入低于细化阈值的硼元素和微量的钇元素，在不过多引入第二相粒子的情况下细化组织，有利于提高了材料的拉伸强度和延伸率。本专利技术的优点在于:所获得的片层团组织尺寸细小，提高了 TiAl合金的使用性能，增大TiAl合金的利用率，降低铸态合金应用前的机械加工成本。【附图说明】图1为对照试验一得到的T1-45Al-5Nb合金的SEM照片；图2为对照试验二得到的T1-45Al-5Nb-0.2B合金的SEM照片；图3为试验一得到的T1-45Al-5Nb-0.2B-0.1Y合金的SEM照片。【具体实施方式】【具体实施方式】一:本实施方式的按以下步骤进行一、将海绵钛、铝锭、硼粉和钇铝中间合金通过金属压块机压块成型，得到块体；压块前将海绵钛分成两份，压块时自下而上各层分别为其中一份海绵钛、铝锭、硼粉、钇铝中间合金和另一份海绵钛；二、将步骤一得到的块体放入到水冷铜坩祸感应熔炼炉中，然后将水冷铜坩祸真空感应恪炼炉抽真空至1.0X10 3mbar?3.0X10 3mbar，再以10kW/min?15kW/min的速率将熔炼功率升至85kW?90kW，然后在85kW?90kW的恒定功率下熔炼300s?360s，得到熔体；三、先将金属铸型预热至温度为300°C?400°C，然后将步骤二得到的熔体浇铸到预热后的金属铸型中，浇铸完成后随炉冷却，得到含B、Y细晶TiAl合金；所述的含B、Y细晶TiAl合金中各元素原子百分含量为43%?48%的A1、0.1%?0.4%的B、0.02%?0.2%的Y和余量的Ti。本实施方式是在合金熔炼过程中加入低于细化阈值的硼元素和微量的钇元素，在不过多引入第二相粒子的情况下细化组织，有利于提高了材料的拉伸强度和延伸率。本实施方式的优点在于:所获得的片层团组织尺寸细小，提高了 TiAl合金的使用性能，增大TiAl合金的利用率，降低铸态合金应用前的机械加工成本。【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一中所述的海绵钛的质量纯度为99.7%，所述的铝锭的质量纯度为99.99%，所述的硼粉的质量纯度为99.99%，所述的钇铝中间合金的质量纯度为99.99%。其他步骤及参数与【具体实施方式】一相同。【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:步骤二中将步骤一得到的块体放入到水冷铜坩祸感应熔炼炉中，然后将水冷铜坩祸真空感应熔炼炉抽真空至1.8 X 10 3mbar。其他步骤及参数与【具体实施方式】一或二相同。【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:步骤三中先将金属铸型预热至温度为350°C。其他步骤及参数与【具体实施方式】一至三之一相同。【具体实施方式】五:本实施方式的按以下步骤进行:一、将海绵钛、铝锭、含元素X的物质、硼粉和钇铝中间合金通过金属压块机压块成型，得到块体；压块前将海绵钛分成两份，压块时自下而上各层分别为其中一份海绵钛、铝锭、含元素X的物质、硼粉、钇铝中间合金和另一份海绵钛；所述的含元素X的物质为铝铌中间合金、铝钒中间合金、铝钼中间合金、钨粉、金属铁和金属铬中的一种或几种，且所述的含元素X的物质中元素X为非铝元素；二、将步骤一得到的块体放入到水冷铜坩祸感应熔炼炉中，然后将水冷铜坩祸真空感应恪炼炉抽真空至1.0X10 3mbar?3.0X10 3mbar，再以10kW/min?15kW/min的速率将熔炼功率升至85kW?90kW，然后在85kW?90kW的恒定功率下熔炼300s?360s，得到熔体；三、先将金属铸型预热至温度为300°C?400°C，然后将步骤二得到的熔体浇铸到预热后的金属铸型中，浇铸完成后随炉冷却，得到含B、Y细晶TiAl合金；所述的含B、Y细晶TiAl合金中各元素原子百分含量为43 %本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含B、Y的细晶TiAl合金的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、将海绵钛、铝锭、硼粉和钇铝中间合金通过金属压块机压块成型，得到块体；压块前将海绵钛分成两份，压块时自下而上各层分别为其中一份海绵钛、铝锭、硼粉、钇铝中间合金和另一份海绵钛；二、将步骤一得到的块体放入到水冷铜坩埚感应熔炼炉中，然后将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉抽真空至1.0×10‑3mbar～3.0×10‑3mbar，再以10kW/min～15kW/min的速率将熔炼功率升至85kW～90kW，然后在85kW～90kW的恒定功率下熔炼300s～360s，得到熔体；三、先将金属铸型预热至温度为300℃～400℃，然后将步骤二得到的熔体浇铸到预热后的金属铸型中，浇铸完成后随炉冷却，得到含B、Y细晶TiAl合金；所述的含B、Y细晶TiAl合金中各元素原子百分含量为43％～48％的Al、0.1％～0.4％的B、0.02％～0.2％的Y和余量的Ti。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉勇，贾燚，肖树龙，田竟，徐丽娟，韩建超，曹守臻，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23