专利名称：钛硅二元合金显微组织等轴细晶化工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及材料热处理技术领域，特别是一种获得细等轴状显微组织的钛 硅二元合金材料的热处理工艺。
二背景技术：
钛合金具有比强度高、塑性好、耐腐蚀、生物相容性优异等优点，在航空 航天、航海、汽车、化学工业、生物医学、休闲行业等领域有着广泛的应用。
Ti-Si共晶系合金的铸造性能优异，它的熔点较低(共晶成分的合金熔点仅为 1350'C)、结晶区间小、流动性好。作为一种新型铸造钛合金，它有着与传统钛 合金不同的强化机制以韧性的a-Ti作为基体，硬脆相为高熔点、低密度的 金属间化合物Ti5Si3。TisSi3具有复杂的D88六方结构(Mri5Si3型，a = 0. 7444 nm， c = 0.5143nm)，其性质类似于陶瓷，可显著提高合金的强度，尤其是高温性 能。钛硅共晶合金既有陶瓷材料的热物理特性，又有优于陶瓷的耐冲击特点， 在这一合金体系中可望制备出高强度、耐热和抗裂等优良性能的合金材料，有 着广阔的应用前景。但是，钛硅铸态合金的显微组织中TisSi3相的晶粒取向不 同，晶粒分布和大小很不均匀，这将影响合金的使用性能。所以，研究开发细 等轴状的钛硅二元合金以满足材料的使用要求是急需解决的问题。
三
发明内容
本发明的目的是提供一种获得细等轴状显微组织的钛硅二元合金材料的热 处理工艺方法。此方法有效地消除了钛硅二元合金原始铸态材料的显微组织中
3条状或块状的Ti5S:U相，获得细等轴状的TisSi3晶粒，而且本发明获得的材料
其晶粒尺寸细小、具有工艺简单等优点。
本发明通过以下技术方案达到上述目的 一种钛硅二元合金显微组织等轴 细晶化热处理工艺，其所用原料组份和按重量份用量如下
纯金属Ti 89-96， 纯金属Si 4-11，
采用上述原料组份及用量制备所述钛硅二元铸态合金显微组织等轴细晶化
热处理工艺如下
(1) 将铸态钛硅二元合金放入电阻炉中，然后将电阻炉腔内的温度以每分
钟5'C的升温速度从室温升高到1000-1200'C温度下保温120分钟后关闭电阻炉 电源，使合金材料随炉冷却到室温。
(2) 将铸态钛硅共晶合金放入电阻炉中，然后将电阻炉腔内的温度以每分 钟4'C的升温速度从室温升高到900-1000'C温度下保温20分钟后将合金从炉内 取出，在空气中冷却到室温，再重复以上相同的操作5-7次。
(3) 将铸态钛硅共晶合金放入电阻炉中，然后将电阻炉腔内的温度以每分 钟4'C的升温速度从室温升高到900-IOOO'C，并在900-100(TC温度下保持20 分钟后将合金从炉内取出，在空气中冷却到室温，紧接着放入550-75(TC的炉 腔内保温40分钟后关闭电源，随炉冷却到室温，重复以上相同的操作5-7次。
本发明所用的原料纯金属Ti和Si元素纯度都在99. 9%以上。 本发明具有以下优点和积极作用
1、 可有效地消除钛硅二元铸态合金显微组织中条状或块状的Ti5Si3晶粒， 获得的细等轴状晶粒可提高钛硅二元合金的性能。
2、 处理工艺简单可行，方法灵活，处理所得合金的等轴状晶粒其尺寸选择范围宽，制得性能各异的钛硅合金制品可应用于生产、生活等许多领域。
四
图1是本发明所述钛硅二元铸态合金热处理后的显微组织扫描电镜照片。
图2是本发明所述钛硅二元铸态合金热处理后的显微组织扫描电镜照片。 图3是本发明所述钛硅二元铸态合金热处理后的显微组织金相照片。 图4是本发明所述钛硅二元铸态合金热处理后的显微组织金相照片。 图5是本发明所述钛硅二元铸态合金热处理后的显微组织扫描电镜照片。 图6是本发明所述钛硅二元铸态合金热处理后的显微组织扫描电镜照片。
五具体实施例方式
实施例1
将块状Ti-13.67Si(at。/。)共晶铸态合金放入电阻炉中，然后将电阻炉腔内 的温度以每分钟5。C的升温速度从室温升高到IIO(TC，并在110(TC温度下保持 120分钟后关闭电阻炉电源，使合金材料随炉冷却到室温。合金经处理后微观 组织中的Ti5Si3相转变为近等轴状，晶粒的平均直径细化到1 6um。其微观 组织的扫描电镜照片见图1。用HV-3型维氏硬度计测试合金硬度，在相同的测 试条件下，处理合金比铸态合金的硬度提高31HV。
实施例2
将块状Ti-13.67Si(at。/o)共晶铸态合金放入电阻炉中，然后将电阻炉腔内 的温度以每分钟5'C的升温速度从室温升高到1200°C，并在120(TC温度下保持 120分钟后关闭电阻炉电源，使合金材料随炉冷却到室温。合金经处理后微观 组织中的TisSi3相转变为近等轴状，晶粒的平均直径细化到1 8ixm。微观组 织的扫描电镜照片见图2。用HV-3型维氏硬度计测试合金硬度，在相同的测试 条件下，处理合金比铸态合金的硬度提高56HV。
实施例3
将块状Ti-8Si(at。/。)亚共晶铸态合金放入电阻炉中，然后将电阻炉腔内的 温度以每分钟5°C的升温速度从室温升高到1 IO(TC ，并在1 IO(TC温度下保持120
5分钟后关闭电阻炉电源，使合金材料随炉冷却到室温。合金经处理后微观组织
中的TisSi3相转变为近等轴状，晶粒的平均直径细化到5 10u m，微观组织的金相照片见图3。用HV-3型维氏硬度计测试合金硬度，在相同的测试条件下，处理合金比铸态合金的硬度提高141HV。实施例4
将块状Ti-8Si(at。/。)亚共晶铸态合金放入电阻炉中，然后将电阻炉腔内的温度以每分钟5'C的升温速度从室温升高到120(TC，并在1200 。C温度下保持120分钟后关闭电阻炉电源，使合金材料随炉冷却到室温。合金经处理后微观组织中的TisSi3相转变为近等轴状，晶粒的平均直径细化到10 20um，微观组织的金相照片见图4。用HV-3型维氏硬度计测试合金硬度，在相同的测试条件下，处理合金比铸态合金的硬度提高130HV。
实施例5
将块状Ti-13.67Si(at。/。)共晶铸态合金放入电阻炉中，然后将电阻炉腔内的温度以每分钟4。C的升温速度从室温升高到900°C，并在90CTC温度下保持20分钟后将合金从炉内取出，在空气中冷却到室温，再重复以上相同的操作6次。合金经处理后微观组织中的TisSi3相转变为近等轴状，晶粒的平均直径细化到1 3ixm，微观组织的扫描电镜照片见图5。用HV-3型维氏硬度计测试合金硬度，在相同的测试条件下，处理合金比铸态合金的硬度提高119HV。
实施例6
将块状Ti-13.67Si(at90共晶铸态合金放入电阻炉中，然后将电阻炉腔内的温度以每分钟4。C的升温速度从室温升高到900°C，并在900。C温度下保持20分钟后将合金从炉内取出，在空气中冷却到室温，紧接着放入70(TC的炉腔内保温40分钟后关闭电源，随炉冷却到室温。重复以上相同的操作6次。合金经处理后微观组织中的TisSi3相转变为近等轴状，晶粒的平均直径细化到1 5um，微观组织的扫描电镜照片见图6。用HV-3型维氏硬度计测试合金硬度，在相同的测试条件下，处理合金比铸态合金的硬度提高226HV。
权利要求
1、一种钛硅二元合金显微组织等轴细晶化工艺，其特征在于，其所用原料组份和按重量份用量如下纯金属Ti 89-96，纯金属Si 4-11，采用上述原料组份及按重量份用量制备所述钛硅二元合金显微组织等轴细晶化热处理工艺如下(1)将所述钛硅二元合金放入电阻炉中，然后将电阻炉腔内的温度以每分钟5℃的升温速度从室温升高到1000-1200℃温度下保温120分钟后关闭电阻炉电源，使合金材料随炉冷却到室温，(2)将所述钛硅共晶合金放入电阻炉中，然后将电阻炉腔内的温度以每分钟4℃的升温速度从室温升高到900-1000℃温度下保温20分钟后将合金从炉内取出，在空气中冷却到室温，再重复以上相同的操作5-7次，(3)将所述钛硅共晶合金放入电阻炉中，然后将电阻炉腔内的温度以每分钟4℃的升温速度从室温升高到900-1000℃，并在900-1000℃温度下保持20分钟后将合金从炉内取出，在空气中冷却到室温，紧接着放入550-750℃的炉腔内保温40分钟后关闭电源，随炉冷却到室温，重复以上相同的操作5-7次。
全文摘要
一种钛硅二元合金显微组织等轴细晶化工艺。将材料加热到β相区的较高温度，进行高温处理，然后冷却。对于钛硅共晶合金材料，将其加热到高于β转变点而又低于1000℃的温度保温，然后冷却，或者在β单相温度区结束热处理后，再在550-750℃温度下进行钛材热处理。采用本发明可消除钛硅二元铸态合金显微组织中条状或块状的Ti<sub>5</sub>Si<sub>3</sub>相，并使增强相Ti<sub>5</sub>Si<sub>3</sub>晶粒的平均直径细化到1～20μm。钛硅二元铸态合金显微组织达到等轴细晶化。
文档编号C22F1/18GK101463455SQ20091011381
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月12日 优先权日2009年1月12日
发明者张新疆, 湛永钟 申请人:广西大学