一种Ti2AlNb合金（O+B2）两相区时效组织细化方法
【专利摘要】本发明为一种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。
【技术领域】
[0001 ]本发明属Ti2AlNb合金热处理技术领域，特别设及一种Ti2AlNb合金(0+B2)两相区 时效组织细化方法。 -种T i 2AI Nb合金(0+B2)两相区时效组织细化方法
【背景技术】
[0002] 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，就会形成时目，0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)A1-(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。
[0003] 正如前面所说，0相是Ti2AWb合金区别传统Ti-Al系金属间化合物的重要标志。 TisAlNb合金属于轻质不易变形的高溫结构材料，其组织中的各种相成分(B2相、相或者0 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e相转化溫度2(TC下进行固溶处理，此时0相会比较均匀的从基体相析出，然 后W较快的速度冷却下来可获得等轴组织，一般情况下0相将包裹在等轴状的02相的外围， 部分时候会获得等轴状分布的初生0相/02相颗粒W及片层状的次生0相/02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，从而劣化高溫性能;运其中恰恰忽视了 02相^0相转变过程发生的 曰2相碎化可W使得组织细化，运也是本发明的出发点。
[0004] 表lTi2AlNb合金常规化学成分（％) r00051
【发明内容】
[0006] 本发明旨在解决Ti2AlNb合金由于组织粗大而导致的高溫性能差的问题。通过有 效利用高溫时效处理时02相^0相转变过程发生的a2相的碎片化，在恰当的(0+B2)两相区 时效工艺组合（时效时间和时效溫度）下获得细密的（0+B2)组织，从而提高合金的高溫性 能，进而推进其在实际中的应用。
[0007] 本发明的技术方案如下：
[000引一种Ti2AlNb合金(0+B2)两相区时效组织细化方法，步骤如下：
[0009] (1)将Ti2AWb合金经锻造后，加热至(0+B2)两相区并保溫1~5个小时，随后水泽 并冷却至室溫；
[0010] (2)利用02相一 0相转变过程02相的碎片化，通过(0+B2)两相区等溫1~5小时时效 后获得细化组织。
[0011] 具体说明如下：
[0012] Ti2AlNb合金的(0+B2)两相区溫度范围可W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°C/min)差热分析曲线，其中630°C~96rC为 (0+B2)两相区，并在该溫度范围选取选定时效溫度和时效时间。
[0013] 本发明专利的热处理工艺流程为:将试样加热至90(TC并保溫30分钟，随后炉冷至 740°C~800°C，保溫50分钟，水泽至室溫;加热至650°C，回火2小时，取Ti-22A^25Nb合金加 热到630°C~96rC，并保溫1~5个小时，随后水泽至室溫。
[0014] 与Ti-22Al-25Nb合金(0+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Ti2AWb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-22A1- 25Nb合金(0+B2)两相区800°C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W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°C时效Ti-22A^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溫性能影响显著，图5给出了 80(TC时效Ti- 22Al-25Nb合金650°C蠕变断裂强度随时效时间的变化关系，从中可W发现，在时效处理6个 小时后，合金的高溫蠕变性能显著劣化。由此可见，恰当的Ti-22A^25Nb合金(0+B2)两相区 时效处理可确保其高溫性能的明显改善。
【附图说明】
[0015] 图1 Ti-22A^25Nb合金加热过程(加热速度为5°C/min)差热分析曲线，其中630°C ~961°C为(0+B2)两相区；
[0016] 图2 Ti-22A^25佩合金(0+B2)两相区时效处理前的典型组织；
[0017] 图3 Ti-22Al-25佩合金(0+B2)两相区800°C时效2小时后的典型组织；
[0018] 图4 800°C时效Ti-22A^25Nb合金组织中的析出相尺寸大小随时效时间的变化关 系；
[0019] 图5 800°C时效Ti-22A^25Nb合金650°C蠕变断裂强度随时效时间的变化关系。
【具体实施方式】
[0020] 所用Ti2AlNb合金为Ti-22A^25Nb，其成分如表1所示。通过差热分析，测得该合金 (0+B2)两相区溫度为630°C~96rC(见图1)。采用四次自耗制备出铸锭，铸锭经开巧锻造后 制备成直径为150mm的棒材备用。铸锭在1050-1150°C采用水压机进行变形。变形方式为= 鐵=拔，其中，每次鐵或拔的变形量大于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°C蠕变断裂强度为183MPa。
[0021 ]本发明的具体技术方案实施例如下：
[0022]实施例1:
[0023] 取Ti-22A^25Nb合金加热到800°C，并保溫5个小时，随后水泽至室溫。
[0024] 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°C蠕变断裂强度为200MPa。
[0025] 实施例2:
[00%] 取Ti-22A^25Nb合金加热到96rC，并保溫1个小时，随后水泽至室溫。
[0027] 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°C蠕变断裂强度为192MPa。
[002引实施例3:
[00巧]取Ti-22A^25Nb合金加热到630°C，并保溫5个小时，随后水泽至室溫。
[0030] 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°C蠕变断裂强度为194MPa。
[0031] 实施例4:
[0032] 取Ti-22A^25Nb合金加热到820°C，并保溫2个小时，随后水泽至室溫。
[0033] 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°C蠕变断裂强度为225MPa。
[0034] 本发明提出的一种Ti2AWb合金(0+B2)两相区时效组织细化方法并提高合金的高 溫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溫蠕变断 裂强度下降，有效利用了利用02相^0相转变过程a2相的碎片化，在恰当的(0+B2)两相区时 效溫度和时效时间组合下获得了细密的（0+B2)组织，从而提高了合金的高溫性能。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发明的内容、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，来实现本发明的技术。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发明精 神、范围和内容中。
【主权项】
1. 一种Ti2AlNb合金(0+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(0+B2)两相区并保温1~5个小时，随后水淬并冷 却至室温； (2) 利用〇2相-0相转变过程α2相的碎片化，通过(0+B2)两相区等温1~5小时时效后获 得细化组织。
【文档编号】C22F1/18GK106048486SQ201610631527
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月2日
【发明人】刘永长, 黄勇, 郭倩颖, 蔡奇, 王颖
【申请人】天津大学