本发明专利技术为一种Ti2AlNb合金高温热处理组织细化方法。将Ti2AlNb合金经锻造后，加热至(O+B2)两相区并保温1～5个小时，随后水淬并冷却至室温；利用α2相→O相转变过程α2相的碎片化，通过(O+B2)两相区等温1～5小时时效后获得细化组织。采用本发明专利技术处理后的Ti2AlNb合金组织中其等轴粒径和板条粒径明显细化；随着时效时间的延长，Ti2AlNb合金组织中的等轴粒径和板条粒径先减小并逐渐增加，时效4个小时以后等轴粒径和板条粒径增大，随着时效时间的延长，等轴粒径仍经历一个减少的过程，而板条粒径基本保持稳定；恰当的Ti‑22Al‑25Nb合金(O+B2)两相区时效处理可确保其高温性能的明显改善。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属Ti2AlNb合金热处理
，特别涉及一种Ti2AlNb合金(O+B2)两相区时效组织细化方法。
技术介绍
Ti2AlNb基合金在上个世纪90年代开始兴起，最早是作为Alpha-2合金的扩展研究，随后发现在传统Ti3Al系合金中，加入一定量的Nb组元，就会形成O相，O相会在Nb含量在一个宽范围内稳定存在，从而掀起了一个Ti2AlNb基合金开发与应用的热潮。通常Ti2AlNb合金的成分含量会在Ti-(18～30)Al-(12.5～30)Nb(at％)范围内浮动，表1给出了常见Ti2AlNb合金的名义成分范围。正如前面所说，O相是Ti2AlNb合金区别传统Ti-Al系金属间化合物的重要标志。Ti2AlNb合金属于轻质不易变形的高温结构材料，其组织中的各种相成分(B2相、α2相或者O相)的形态、分布与含量大小显著影响合金的性能。从热处理制度上来说，Ti2AlNb合金变形后往往在低于β相转化温度20℃下进行固溶处理，此时O相会比较均匀的从基体相析出，然后以较快的速度冷却下来可获得等轴组织，一般情况下O相将包裹在等轴状的α2相的外围，部分时候会获得等轴状分布的初生O相/α2相颗粒以及片层状的次生O相/α2相。固溶处理获得两相组织已成为Ti2AlNb基合金的主要热处理工艺，一般认为随着时间的延长，板条状和等轴状组织将逐渐粗化，从而劣化高温性能；这其中恰恰忽视了α2相→O相转变过程发生的α2相碎化可以使得组织细化，这也是本专利技术的出发点。表1Ti2AlNb合金常规化学成分(％)组分含量(wt.％)Ti51.6～52.6Al21.9～22.7Nb25.4～25.7N≤3.2×10-4O≤0.020H≤0.0017
技术实现思路
本专利技术旨在解决Ti2AlNb合金由于组织粗大而导致的高温性能差的问题。通过有效利用高温时效处理时α2相→O相转变过程发生的α2相的碎片化，在恰当的(O+B2)两相区时效工艺组合(时效时间和时效温度)下获得细密的(O+B2)组织，从而提高合金的高温性能，进而推进其在实际中的应用。本专利技术的技术方案如下：一种Ti2AlNb合金(O+B2)两相区时效组织细化方法，步骤如下：(1)将Ti2AlNb合金经锻造后，加热至(O+B2)两相区并保温1～5个小时，随后水淬并冷却至室温；(2)利用α2相→O相转变过程α2相的碎片化，通过(O+B2)两相区等温1～5小时时效后获得细化组织。具体说明如下：Ti2AlNb合金的(O+B2)两相区温度范围可以通过差热分析方面来测定，如图1给出了Ti-22Al-25Nb合金加热过程(加热速度为5℃/min)差热分析曲线，其中630℃～961℃为(O+B2)两相区，并在该温度范围选取选定时效温度和时效时间。本专利技术专利的热处理工艺流程为：将试样加热至900℃并保温30分钟，随后炉冷至740℃～800℃，保温50分钟，水淬至室温；加热至650℃，回火2小时，取Ti-22Al-25Nb合金加热到630℃～961℃，并保温1～5个小时，随后水淬至室温。与Ti-22Al-25Nb合金(O+B2)两相区时效处理前的典型组织(如图2)相比，采用该工艺处理后的Ti2AlNb合金组织中其等轴粒径和板条粒径明显细化，图3给出了Ti-22Al-25Nb合金(O+B2)两相区800℃时效2小时后的典型组织。随着时效时间的延长，Ti2AlNb合金组织中的等轴粒径和板条粒径先减小并逐渐增加，时效4个小时以后等轴粒径和板条粒径增大，随着时效时间的延长(大于6个小时)，等轴粒径仍经历一个减少的过程，而板条粒径基本保持稳定，图4给出了800℃时效Ti-22Al-25Nb合金组织中的析出相尺寸大小随时效时间的变化关系。合金时效过程的组织变化对其高温性能影响显著，图5给出了800℃时效Ti-22Al-25Nb合金650℃蠕变断裂强度随时效时间的变化关系，从中可以发现，在时效处理6个小时后，合金的高温蠕变性能显著劣化。由此可见，恰当的Ti-22Al-25Nb合金(O+B2)两相区时效处理可确保其高温性能的明显改善。附图说明图1 Ti-22Al-25Nb合金加热过程(加热速度为5℃/min)差热分析曲线，其中630℃～961℃为(O+B2)两相区；图2 Ti-22Al-25Nb合金(O+B2)两相区时效处理前的典型组织；图3 Ti-22Al-25Nb合金(O+B2)两相区800℃时效2小时后的典型组织；图4 800℃时效Ti-22Al-25Nb合金组织中的析出相尺寸大小随时效时间的变化关系；图5 800℃时效Ti-22Al-25Nb合金650℃蠕变断裂强度随时效时间的变化关系。具体实施方式所用Ti2AlNb合金为Ti-22Al-25Nb，其成分如表1所示。通过差热分析，测得该合金(O+B2)两相区温度为630℃～961℃(见图1)。采用四次自耗制备出铸锭，铸锭经开坯锻造后制备成直径为150mm的棒材备用。铸锭在1050-1150℃采用水压机进行变形。变形方式为三镦三拔，其中，每次镦或拔的变形量大于30％。从锻造好的棒材上取样进行时效热处理实验，锻造好的棒材650℃蠕变断裂强度为183MPa。本专利技术的具体技术方案实施例如下：实施例1：取Ti-22Al-25Nb合金加热到800℃，并保温5个小时，随后水淬至室温。采用该工艺处理后的Ti2AlNb合金组织中其等轴粒径为430纳米，板条粒径为1.32微米，其650℃蠕变断裂强度为200MPa。实施例2：取Ti-22Al-25Nb合金加热到961℃，并保温1个小时，随后水淬至室温。采用该工艺处理后的Ti2AlNb合金组织中其等轴粒径为452纳米，板条粒径为1.41微米，其650℃蠕变断裂强度为192MPa。实施例3：取Ti-22Al-25Nb合金加热到630℃，并保温5个小时，随后水淬至室温。采用该工艺处理后的Ti2AlNb合金组织中其等轴粒径为456纳米，板条粒径为1.43微米，其650℃蠕变断裂强度为194MPa。实施例4：取Ti-22Al-25Nb合金加热到820℃，并保温2个小时，随后水淬至室温。采用该工艺处理后的Ti2AlNb合金组织中其等轴粒径为416纳米，板条粒径为1.23微米，其650℃蠕变断裂强度为225MPa。本专利技术提出的一种Ti2AlNb合金(O+B2)两相区时效组织细化方法并提高合金的高温蠕变断裂强度的方法，从原理上有别于传统时效处理组织逐渐粗化并导致其高温蠕变断裂强度下降，有效利用了利用α2相→O相转变过程α2相的碎片化，在恰当的(O+B2)两相区时效温度和时效时间组合下获得了细密的(O+B2)组织，从而提高了合金的高温性能。已通过实施例进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本专利技术的内容、精神和范围内对本文所述的制作方法进行改动或适当变更与组合，来实现本专利技术的技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本专利技术精神、范围和内容中。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ti2AlNb合金(O+B2)两相区时效组织细化方法，其特征是步骤如下：(1)将Ti2AlNb合金经锻造后，加热至(O+B2)两相区并保温1～5个小时，随后水淬并冷却至室温；(2)利用α2相→O相转变过程α2相的碎片化，通过(O+B2)两相区等温1～5小时时效后获得细化组织。
【技术特征摘要】
1.一种Ti2AlNb合金(O+B2)两相区时效组织细化方法，其特征是步骤如下：(1)将Ti2AlNb合金经锻造后，加热至(O+B2)两相区并...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘永长，黄勇，郭倩颖，蔡奇，王颖，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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