一种提高金属间化合物Co<sub>3</sub>Ti强度的方法

文档序号:3419763
专利名称:一种提高金属间化合物Co<sub>3</sub>Ti强度的方法
技术领域
本发明属于金属热处理技术领域,特别涉及金属间化合物的热处理。
背景技术
时效强化是提高金属材料硬度的一种重要方法,被广泛应用于材料研制和生产实践中。 例如时效硬化铝合金(R'N'卢姆利;I'J'波尔梅尔.可时效硬化铝合金的热处 理.2000,00819029.1),时效硬化铜合金(T'赫曼凯普;D'罗德.可时效硬化的铜合金.2003, 03103306.7),时效硬化不锈钢(赵瑛伟;刘连仲.双相超高强度时效不锈钢.1985,85106667) 等。目前还没有利用时效处理来影响Co3Ti的力学性能方面的研究。
具有Ll2型有序结构的Co3Ti因其高温强度及高抗氧化性等突出特点引起很多注意。以 往的研究多是向Co3Ti中加入合金元素来影响Co3Ti的力学性能,研究结果表明在低温区合 金元素使C03Ti的抗拉强度和延伸率提高,但Co3Ti的屈服强度明显降低(董杰,孙旭宏.合 金元素对力学性能的影响.河北冶金,2000, 2: 17-22),这样就不能用于高温强度下使用的 结构材料。本研究通过时效硬化的方法使Co3Ti的强度在低温到高温的范围都大幅度提高, 使其成为航空材料和高温结构材料领域内具有重要应用价值的新材料。

发明内容
本发明的目的在于通过严格地控制热处理条件与选择合金成分,利用时效处理成功地在 Co3Ti中析出无序的第二相y-Co相,来提高Ll2型金属间化合物Co3Ti的强度。
本发明的具体步骤是
(1) 合金熔炼
Co3Ti的成分范围按原子百分比计为Co 75-80%、 Ti 25-20%。
根据Co-Ti 二元系的相图,用高纯度的Co (99.9%)和Ti (99.8%)配制所定的具有Co3Ti 成分的合金,使用电弧炉熔炼30g的块状试样。将试样切成块状样品装入石英管中封装好, 同时向管内充入适量的保护气体氦气。
(2) 均匀化处理和固溶化处理
对Co3Ti合金进行均匀化处理后进行固溶化处理,均匀化处理的温度范围为1300—1430 K,时间范围为120—240 h,固溶化处理的温度范围为1200-1430 K,时间范围为2—5h,得
到单相的Z-C03Ti。
根据Co-Ti 二元系的相图和所炼合金的成分选择均匀化处理和固溶化处理的条件,固溶 化处理的温度范围是相图中单相的/存在的温度范围。 (3)时效处理
经过均匀化及固溶处理后再进行时效处理,时效温度为870-1150 K,时间范围为30—1000h。
本发明时效处理后含有析出相^-Co相的Co3Ti与未经时效处理的单相Co3Ti相比,在
室温及高温的强度明显提高。
图1表示80Co-20Ti试样在1373 K固溶化处理后,再经973 K、 1023 K、 1073 K温度下 时效处理后样品的维氏硬度随时效时间的变化规律。尽管在1073 K温度下基体所产生的强化 较小,但在973 K、 1023 K时效处理所得到的强化非常明显,最高硬度增加超过2倍。图2 表示80Co-20Ti在973 K分别时效30h、 300 h、 1000 h后屈服强度随变形温度的变化规律。
为了进行对比,,单相的78Co-22Ti的屈服强度也标在图中,同时在图中引入80Co-20Ti单 相的屈服强度数据。从图2可以看出,经973 K时效处理300 h、 1000 h以后含有析出相的 C03Ti在所有测定温度区域内,屈服强度均高于单相C03Ti的屈服强度。因此,通过时效处理 析出第二相提高了 Co3Ti的力学性能。


图1 为时效温度分别为973 K、 1023 K、 1073 K时,80Co-20Ti合金的维氏硬度随时效 时间的变化。
图2为经973 K不同时间时效后80Co-20Ti合金的屈服强度随变形温度的变化。 图3 80Co-20Ti合金在973 K,时效100 h后的透射电镜图像。 图4 80Co-20Ti合金在973 K,时效300 h后的透射电镜图像。 图5 80Co-20Ti合金在973 K,时效1000 h后的透射电镜图像。 图6 80Co-20Ti合金在973 K,时效100h后的选区电镜衍射花样。
具体实施方式
1、合金熔炼
用高纯度的Co (99.9%)和Ti (99.8%)配制所定的具有Co-20 at%Ti成分的合金,使用 电弧炉熔炼30 g的块状试样。为使成分均匀化,在非自耗式真空电弧炉中反复熔炼5次以上。 熔炼后的合金称重结果显示,合金的重量损失小于0.15%,所以可以认为熔炼合金成分等同
于配比合金成分。将试样切成块状样品装入石英管中封装好,同时向管内充入适量的保护气 体氦气。
2、 时效处理
对Co-20 at%Ti合金试样进行1383 K, 168h的均匀化处理后,在1373 K对试样进行3 h 的固溶化处理,以获得Z-C03Ti单相组织。然后分别进行973 K、 1023 K、 1073 K三个温度
的等温时效处理,时效时间分别是0.3、 1、 3、 10、 30、 100、 300、 1000 h。
3、 机械性能测试
时效处理后的Co-20 at%Ti块状试样经两面磨光后,在HX-1000显微硬度计上测定各个 样品的维氏硬度,选用载荷为200gf。
维氏硬度的测试结果如图1所示,结果表明尽管在1073 K温度下基体所产生的强化较 小,但在973 K、 1023 K时效处理所得到的强化非常明显,最高硬度增加超过2倍。
时效处理后的Co-20 at%Ti块状试样切割成尺寸为3 mmX 3 mmX 7 mm的压縮试样,在 WDW-200D型试验机上进行压縮试验,测定屈服强度,压缩试验使用的变形速度为0.3 mm min-l。
屈服强度的测试结果如图2所示,结果表明经973 K时效处理300 h、 1000 h以后含有 析出相^Co相的Co3Ti在所有测定温度区域内,屈服强度均高于单相Co3Ti的屈服强度。
4、 观察析出相的形态特征
利用透射电镜观察析出相的形态特征,图3、图4和图5分别是80Co-20Ti合金经973 K, 100 h、 300 h和1000h时效后[100]取向的透射电镜图像,图6是80Co-20Ti合金在973 K, 100 h时效后的选区电镜衍射花样。从电子衍射图谱分析结果可知,析出物是面心立方结构
的Z-Co相,基体是有序的Ll2型结构相。图像清晰地显示析出物呈片状,而且片状析出相 与基体点阵的{100}晶面平行,随时效时间的延长^-Co相的尺寸进一步增大。
权利要求
1、一种提高金属间化合物Co3Ti强度的方法,其特征在于,熔炼合金,得到按原子百分比计Co为75-80%、Ti为25-20%的Co3Ti合金;对Co3Ti合金进行均匀化处理,然后进行固溶化处理,均匀化处理的温度范围为1300-1430K,时间范围为120-240h,固溶化处理的温度范围为1200-1430K,时间范围为2-5h,得到单相的γ′-Co3Ti;最后进行时效处理,时效温度为870-1150K,时间范围为30-1000h。
全文摘要
一种提高金属间化合物Co<sub>3</sub>Ti强度的方法,属于金属热处理技术领域,特别涉及金属间化合物的热处理,其特征是,合金熔炼,得到按原子百分比计为Co 75-80%、Ti 25-20%的Co<sub>3</sub>Ti合金;对Co<sub>3</sub>Ti合金进行均匀化处理,然后进行固溶化处理,均匀化处理的温度范围为1300-1430K,时间范围为120-240h,固溶化处理的温度范围为1200-1430K,时间范围为2-5h,得到单相的γ′-Co<sub>3</sub>Ti;最后进行时效处理,时效温度为870-1150K,时间范围为30-1000h。本发明利用时效处理析出第二相γ-Co相,提高了L1<sub>2</sub>型金属间化合物Co<sub>3</sub>Ti的强度。
文档编号C22C19/07GK101363106SQ200810223798
公开日2009年2月11日 申请日期2008年10月13日 优先权日2008年10月13日
发明者冷文秀, 张旋洲, 成生伟, 田文怀 申请人:北京科技大学
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