专利名称：置氢-热等静压改善铸造Ti<sub>3</sub>Al合金微观组织的方法
技术领域：
本发明属于热处理技术领域，涉及一种置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法
背景技术：
Ti3Al基合金具有其他合金无法比拟的比强度、高温抗蠕变性能及抗氧化性能， 因此被认为是新型航空、航天发动机重要结构件的首选材料之一。目前，铸造工艺是制备 Ti3Al基合金构件的主要方法之一，也是一些结构复杂件的首选成形方法。然而，铸造工艺往往会造成许多铸造缺陷，如晶粒粗大、缩孔、缩松、气孔以及晶粒不均勻等，这些缺陷的存在将严重影响铸件的性能，特别是拉伸强度、疲劳性能以及塑性， 因此，对于性能要求较高的铸件，在交付使用前通常要进行热等静压处理，以消除这些铸造缺陷。然而，由于热等静压工艺处理温度较高，在热等静压处理过程中晶粒会发生长大，使原来粗大的铸造组织更加粗大，这又在一定程度上抵消了热等静压工艺对合金力学性能的改善作用。因此，在消除铸件的铸造缺陷同时又不造成铸件晶粒粗大，是提高铸件性能的有效途径。对于Ti3Al合金而言，其材料本身塑性较低，脆性较大，因此，改善铸件的微观组织是制备高性能Ti3Al合金铸件的关键。
发明内容
本发明的目的在于解决铸造Ti3Al合金的铸造缺陷，同时改善合金的微观组织，以提高Ti3Al合金的综合力学性能的置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法。本发明的技术解决方案是，将铸造Ti3Al合金零件在热等静压炉中进行热等静压处理，热等静压温度为980 1050°C，热等静压时间为1 4h，压力为110 150Mpa ；将热等静压后的铸造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至 l(T3Pa，再将炉内升温至700 850°C，保温15min，按照炉中的零件的重量百分比充入1 1. 2%的氢气，充入氢气的流量为lL/min，保温1 4h，然后将炉内以3 5°C /min的速度冷却至室温；将置氢处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1000 1050°C，到温后保温 30min,然后，随炉冷却至800 850°C，保温6 他，空冷至室温；将处理后的Ti3Al合金零件进行表面吹砂；将吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，炉内抽真空至10_3Pa，将炉内温度升至700 850°C，保温8 12个小时，零件随炉冷却至室温，即得到置氢-热等静压处理Ti3Al合金零件。热等静压温度为990 1040°C，热等静压时间为1 4h，压力为110 140Mpa。将热等静压后的铸造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10_3Pa，再将炉内升温至730 820°C，保温15min，按照炉中的零件的重量百分比充入1 1. 2%的氢气，充入氢气的流量为lL/min，保温1 4h，然后将炉内以3 5°C / min的速度冷却至室温。
所述的将置氢处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1010 1050°C，到温后保温 30min,然后，随炉冷却至800 850°C，保温6 8h，空冷至室温。将吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至10_3Pa，炉内温度升至 710 840°C，保温8 12个小时，零件随炉冷却至室温。本发明具有的优点和有益效果本发明工艺同时利用了热等静压工艺对Ti3Al合金铸造缺陷的修复作用和置氢处理工艺对微观组织细化作用，达到了消除铸造缺陷组织、 提高了合金的致密度和细化了微观晶粒的目的，铸件的力学性能得到了提高，其中室温抗拉强度、屈服强度提高了 20%，高温抗拉强度、屈服强度提高了 10%，为Ti3Al合金铸件在航空、航天发动机领域的进一步应用奠定了基础。
图1本发明工艺处理前Ti3Al合金铸件的微观组织。图2置氢-热等静压工艺处理后的Ti3Al合金的微观组织，其中(a)为采用具体实施方式
一所述的工艺处理后的Ti3Al合金的微观组织，(b)为采用具体实施方式
二所述的工艺处理后的Ti3Al合金的微观组织。
具体实施例方式本发明的置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织工艺是通过以下步骤实现的步骤一、热等静压将铸造Ti3Al合金零件在热等静压炉中进行热等静压处理，热等静压温度为980 1050°C，热等静压时间为1 4h，压力为110 150Mpa ；步骤二、置氢处理将热等静压后的铸造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10_3Pa，再将炉内升温至700 850°C，保温15min，按照炉中的零件的重量百分比充入1 1. 2%的氢气，充入氢气的流量为lL/min，保温1 4h，然后将炉内以3 5°C /min的速度冷却至室温，即得到置氢Ti3Al合金零件；步骤三、固溶、时效处理将经过步骤二处理后的零件放入热处理炉，炉温升至 1010 1050°C，到温后保温30min，然后，随炉冷却至800 850°C，保温6 8h，空冷至室步骤四、吹砂将步骤三处理后的Ti3Al合金零件进行表面吹砂；步骤五、真空除氢处理将经过步骤四吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至10_3Pa，炉内温度升至710 840°C，保温8 12个小时，零件随炉冷却至室温，即得到置氢-热等静压处理Ti3Al合金零件。实施例一本实施方式是通过以下步骤实现的步骤一、热等静压将铸造Ti3Al 合金零件在热等静压炉中进行热等静压处理，热等静压温度为980°C，热等静压时间lh， 压力为IlOMpa ；步骤二、置氢处理将热等静压后的铸造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10_3Pa，再将炉内升温至850 0C，保温15min，按照炉中铸件的重量百分比充入1. 2%的氢气。根据入炉前对铸件称重，可知铸件的重量为460g，根据比例充入重量为5. 52g氢气，充入氢气的流量为lL/min，保温lh，然后将炉内以3°C /min 的速度冷却至室温，得到置氢Ti3Al合金零件。步骤三、固溶、时效处理将经过步骤二处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1050°C，到温后保温30min，然后，随炉冷却至850°C，保温他，空冷至室温；步骤四、吹砂将步骤三处理后的Ti3Al合金零件进行表面吹砂处理；步骤五、真空除氢处理将经过步骤四吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至10_3Pa，炉内温度升至850°C，保温8个小时，零件随炉冷却至室温，即得到置氢-热等静压处理Ti3Al合金铸件。实施例二 本实施方式是通过以下步骤实现的步骤一、热等静压将铸造Ti3Al 合金零件在热等静压炉中进行热等静压处理，热等静压温度为1050°C，热等静压时间 4h，压力为150Mpa ；步骤二、置氢处理将热等静压后的铸造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后， 放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10_3Pa，再将炉内升温至700°C，保温15min，按照炉中铸件的重量百分比充入的氢气。根据入炉前对铸件称重，可知铸件的重量为1230g， 根据比例充入重量为12. 3g氢气，充入氢气的流量为lL/min，保温4h，然后将炉内以5°C / min的速度冷却至室温，得到置氢Ti3Al合金零件。步骤三、固溶、时效处理将经过步骤二处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1000°C，到温后保温30min，然后，随炉冷却至 800°C，保温8h，空冷至室温；步骤四、吹砂将步骤三处理后的Ti3Al合金零件进行表面吹砂处理；步骤五、真空除氢处理将经过步骤四吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至10_3Pa，炉内温度升至700°C，保温12个小时，零件随炉冷却至室温，即得到置氢-热等静压处理Ti3Al合金铸件。实施例三本实施方式是通过以下步骤实现的步骤一、热等静压将铸造Ti3Al 合金零件在热等静压炉中进行热等静压处理，热等静压温度为1030°C，热等静压时间 池，压力为130Mpa ；步骤二、置氢处理将热等静压后的铸造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后， 放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10_3Pa，再将炉内升温至780°C，保温15min，按照炉中铸件的重量百分比充入1 %的氢气。根据入炉前对铸件称重，可知铸件的重量为860g，根据比例充入重量为9. 4g氢气，充入氢气的流量为lL/min，保温池，然后将炉内以5°C /min 的速度冷却至室温，得到置氢Ti3Al合金零件。步骤三、固溶、时效处理将经过步骤二处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1020°C，到温后保温30min，然后，随炉冷却至830°C，保温几，空冷至室温；步骤四、吹砂将步骤三处理后的Ti3Al合金零件进行表面吹砂处理；步骤五、真空除氢处理将经过步骤四吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至10_3Pa，炉内温度升至780V，保温10个小时，零件随炉冷却至室温，即得到置氢-热等静压处理Ti3Al合金铸件。
权利要求
1.一种置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法，其特征在于将铸造 Ti3Al合金零件在热等静压炉中进行热等静压处理，热等静压温度为980 1050°C，热等静压时间为1 4h，压力为110 150Mpa ；将热等静压后的铸造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10_3Pa，再将炉内升温至700 850°C，保温 15min，按照炉中的零件的重量百分比充入1 1. 2 %的氢气，充入氢气的流量为lL/min， 保温1 4h，然后将炉内以3 5°C /min的速度冷却至室温；将置氢处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1000 1050°C，到温后保温30min，然后，随炉冷却至800 850°C，保温 6 8h，空冷至室温；将处理后的Ti3Al合金零件进行表面吹砂；将吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至10_3Pa，炉内温度升至700 850°C，保温8 12个小时，零件随炉冷却至室温，即得到置氢-热等静压处理Ti3Al合金零件。
2.根据权利要求1所述的置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法，其特征在于热等静压温度为990 1040°C，热等静压时间为1 4h，压力为110 140Mpa。
3.根据权利要求1所述的置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法，其特征在于将热等静压后的铸造Ti3Al合金零件用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10_3Pa，再将炉内升温至730 820°C，保温15min，按照炉中的零件的重量百分比充入1 1. 2%的氢气，充入氢气的流量为lL/min，保温1 4h，然后将炉内以3 5°C / min的速度冷却至室温。
4.根据权利要求1所述的置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法，其特征在于所述的将置氢处理后的零件放入热处理炉，炉温升至1010 1050°C，到温后保温 30min,然后，随炉冷却至800 850°C，保温6 8h，空冷至室温。
5.根据权利要求1所述的置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法，其特征在于将吹砂处理后零件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至10_3Pa，炉内温度升至 710 840°C，保温8 12个小时，零件随炉冷却至室温。
全文摘要
本发明属于热处理技术领域，涉及一种置氢-热等静压改善铸造Ti3Al合金微观组织的方法。本发明的方法为一、对铸造Ti3Al合金进行热等静压工艺处理；二、将热等静压工艺处理后的Ti3Al合金进行置氢处理；三、对置氢处理后的Ti3Al合金进行固溶、时效处理；四、最后进行真空退火处理。本发明一方面利用了热等静压工艺，修复了铸造Ti3Al合金中的孔洞等缺陷，提高了合金的致密度；另一方面又利用氢在铸造Ti3Al合金中的可逆合金化作用以及各种相变，细化铸造Ti3Al合金的微观组织，弥补晶粒粗大对合金性能带来的不利影响。本发明有效地解决了铸造Ti3Al合金的孔洞、缩孔等铸造缺陷和组织粗大的问题。
文档编号C22F1/18GK102433525SQ20111041919
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者南海, 林莺莺, 赵嘉琪, 赵鹏, 黄东 申请人:中国航空工业集团公司北京航空材料研究院