一种置氢改善γ-TiAl合金锻造性能的方法
【专利摘要】一种置氢改善γ-TiAl合金锻造性能的方法，它涉及一种改善γ-TiAl合金锻造性能的方法。本发明的目的是在不增加现有γ-TiAl合金密度、减小抗蠕变性能和降低室温塑性的情况下改善γ-TiAl合金热加工性能。方法：步骤一、对γ-TiAl合金坯料充氢；步骤二、置氢γ-TiAl合金表面喷涂高温抗氧化剂并进行预热；步骤三、对置氢γ-TiAl合金高温锻造，保温后得到置氢γ-TiAl合金锻件；步骤四、对置氢γ-TiAl合金锻件进行除氢。本发明用于改善γ-TiAl合金锻造性能。
【专利说明】一种置氢改善了丨八I合金锻造性能的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种置氢改善、-11^1合金锻造性能的方法。
【背景技术】
[0002]II八1合金密度低、比强度高、比刚度高、弹性模量高、具有高的抗高温蠕变性能和抗氧化能力，因此被认为是最具潜力的高温结构材料之一。航空航天发动机是I'认1合金重要的应用领域。目前，航空航天发动机高温结构部件多采用镍基或其他高密度的高温合金，而利用轻质合金代替这些高密度合金是提高发动机推重比，进而提高发动机性能的重要途径。11^1合金与目前广泛使用的镍基高温合金相比，最重要的优点之一是I'认1合金的密度低，仅为镍基高温合金的一半左右。但II八1合金高温塑性变形能力相对较低，热加工性较差，较高的生产加工成本限制了 I'认1合金材料的应用。目前提高I'认1合金的塑性的方法之一是，通过向合金中加入101、他、0和％等元素细化组织或获得高温塑性相13。但是10、V、他、0和％金属的密度与高温镍基合金的密度接近甚至更高，、-11^1合金中加入这些元素无疑会增加合金的密度。高温塑性相卩在低温下转变成有序82和0 0，会减小合金的抗蠕变性能和室温塑性。如何在不增加现有合金密度、减小抗蠕变性能和室温塑性的情况下，改善其锻造性能是当前亟待解决的问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是在不增加现有、-11^1合金密度、减小抗蠕变性能和降低室温塑性的情况下改善7-11八1合金锻造性能，而提供一种置氢改善7-11八1合金锻造性能的方法。
[0004]本发明一种置氢改善V -11^1合金锻造性能的方法是按以下步骤进行:
[0005]一、将合金表面采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗3?5次，然后放置于管式置氢炉内，将管式置氢炉内抽真空至绝对压力为1 X 10^,再充入高纯的氩气至管式置氢炉内相对压力为-0.041？^?-0.021？3，然后在温度为7001?8001的条件下，通入氢气，其分压为0.051？^?0.151？3？保温2匕?处，随炉冷却至室温，最终得到置氢
V-11^1合金还料八；所述置氢V -11^1合金还料八中氢原子百分比为0.2%?1% ；
[0006]二、向步骤一得到的置氢7-11八1合金坯料八表面喷涂高温抗氧化剂至全部包覆完全，然后在温度为11001?13001的条件下保温至坯料热透，得到置氢合金坯料8；
[0007]三、在应变速率为0.0018—1?0.018—1、温度为11001?13001的条件下对步骤二得到的置氢7-11“合金坯料8进行高温锻造，变形后在11001?13001温度范围内保温比?2卜后随炉冷却，得到置氢7-1'认1合金锻件；所述高温锻造后置氢7-1'认1合金坯料8在高度方向总变形量为50%?63% ；
[0008]四、采用机械加工除去步骤三得到的置氢V -11^1合金锻件表面的高温抗氧化剂层，然后置于真空炉中进行除氢，在温度为7001?8001的条件下保温处?6匕随炉冷却至室温，得到改善后的7-1'认1合金。
[0009]本发明的有益效果是:
[0010]一、本发明在7-11八1合金中加入氢元素，加速了层片晶团分解，促进％相动态回复，促进、相孪生变形，降低层错能，促进动态再结晶，进而降低合金变形抗力，与相同锻造条件下的未置氢合金相比，置氢合金的平均变形抗力下降约25%左右；二、置氢合金的锻造窗口增大；三、锻造完成后进行除氢热处理，不会增加合金的密度；四、有助于提高模具寿命，进而提高合金成形精度，同时节约能源。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为实施例三中步骤三得到的置氢7-11“合金锻件的显微组织图；
[0012]图2为实施例四中步骤三得到的未置氢7-11“合金锻件的显微组织图。
【具体实施方式】
[0013]【具体实施方式】一:本实施方式一种置氢改善合金锻造性能的方法是按以下步骤进行:
[0014]一、将合金表面采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗3?5次，然后放置于管式置氢炉内，将管式置氢炉内抽真空至绝对压力为1 X 10^,再充入高纯的氩气至管式置氢炉内相对压力为-0.041？^?-0.021？3，然后在温度为7001?8001的条件下，通入氢气，其分压为0.051？^?0.151？3？保温2匕?处，随炉冷却至室温，最终得到置氢
V-11^1合金还料八；所述置氢合金还料八中氢原子百分比为0.2%?1% ；
[0015]二、向步骤一得到的置氢7-11八1合金坯料八表面喷涂高温抗氧化剂至全部包覆完全，然后在温度为11001?13001的条件下保温至坯料热透，得到置氢合金坯料8；
[0016]三、在应变速率为0.0018—1?0.018—1、温度为11001?13001的条件下对步骤二得到的置氢7-11“合金坯料8进行高温锻造，变形后在11001?13001温度范围内保温比?2卜后随炉冷却，得到置氢7-1'认1合金锻件；所述高温锻造后置氢7-1'认1合金坯料8在高度方向总变形量为50%?63% ；
[0017]四、采用机械加工除去步骤三得到的置氢合金锻件表面的高温抗氧化剂层，然后置于真空炉中进行除氢，在温度为7001?8001的条件下保温处?6匕随炉冷却至室温，得到改善后的7-1'认1合金。
[0018]本实施方式步骤一中所述管式置氢炉为北京航空制造工程研究所自行研制的管式置氢炉。
[0019]本实施方式步骤四中除去步骤三得到的置氢7-11“合金锻件表面的高温抗氧化剂层的目的是便于真空除氢，使氢含量控制在安全范围内。。
[0020]本实施方式在7-11八1合金中加入氢元素，加速了层片晶团分解，促进％相动态回复，促进、相孪生变形，降低层错能，促进动态再结晶，进而降低合金变形抗力，与相同锻造条件下的未置氢合金相比，置氢合金的平均变形抗力下降约25%左右；二、置氢合金的锻造窗口增大；三、锻造完成后进行除氢热处理，不会增加合金的密度；四、有助于提高模具寿命，进而提高合金成形精度，同时节约能源。
[0021]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一中所述置氢
V-!'1八1合金坯料八中氢原子百分比为0.4%?0.9%。其他与【具体实施方式】一相同。
[0022]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:步骤一中所述置氢7-11八1合金坯料八中氢原子百分比为0.6%。其他与【具体实施方式】一或二相同。
[0023]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:步骤一中所述置氢7-11八1合金坯料八中氢原子百分比为0.8%。其他与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0024]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:步骤二中所述高温抗氧化剂为高温合金锻造用玻璃防护润滑剂。其他与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0025]本实施方式高温抗氧化剂为北京天力创玻璃科技开发有限公司生产的型号为3八-35的高温合金锻造用玻璃防护润滑剂。
[0026]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是:步骤二中在温度为11301的条件下保温至坯料热透。其他与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0027]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是:步骤二中在温度为11501的条件下保温至坯料热透。其他与【具体实施方式】一至六之一相同。
[0028]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同的是:步骤二中在温度为11801的条件下保温至坯料热透。其他与【具体实施方式】一至七之一相同。
[0029]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一至八之一不同的是:步骤二中在温度为12001的条件下保温至坯料热透。其他与【具体实施方式】一至八之一相同。
[0030]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】一至九之一不同的是:步骤二中在温度为12501的条件下保温至坯料热透。其他与【具体实施方式】一至九之一相同。
[0031]【具体实施方式】十一:本实施方式与【具体实施方式】一至十之一不同的是:步骤三中在应变速率为0.0058-1、温度为11501的条件下对步骤二得到的置氢V -11八1合金坯料8进行高温锻造。其他与【具体实施方式】一至十之一相同。
[0032]【具体实施方式】十二:本实施方式与【具体实施方式】一至十一之一不同的是:步骤四中在温度为7501的条件下保温6卜。其他与【具体实施方式】一至十一之一相同。
[0033]通过以下实施例验证本发明的有益效果:
[0034]实施例一:一种置氢改善、-11^1合金锻造性能的方法是按以下步骤进行:
[0035]一、将、-11^1合金表面采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗4次，然后放置于管式置氢炉内，将管式置氢炉内抽真空至绝对压力为1 X 10^,再充入高纯的氩气至管式置氢炉内相对压力为-0.021？^然后在温度为7001的条件下，通入氢气，其分压为0.09腿保温2匕随炉冷却至室温，最终得到置氢V -11^1合金坯料八；所述置氢V -11八1合金还料4中氢原子百分比为0.8% ；
[0036]二、向步骤一得到的置氢7-11八1合金坯料八表面喷涂高温抗氧化剂至全部包覆完全，然后在温度为11501的条件下保温至坯料热透，得到置氢7-11“合金坯料8 ；
[0037]三、在应变速率为0.018—1、温度为11501的条件下对步骤二得到的置氢V-11八1合金坯料8进行高温锻造，变形后在11501温度范围内保温2卜后随炉冷却，得到置氢
V合金锻件；所述高温锻造后置氢V 合金坯料8在高度方向总变形量为63%；
[0038]四、采用机械加工除去步骤三得到的置氢Y -TiAl合金锻件表面的高温抗氧化剂层，然后置于真空炉中进行除氢，在温度为700°C的条件下保温6h，随炉冷却至室温，得到改善后的Y-TiAl合金。
[0039]实施例二:一种改善Y -TiAl合金锻造性能的方法是按以下步骤进行:
[0040]一、将Y -TiAl合金表面采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗4次，然后放置于真空炉内，将真空炉内抽真空至绝对压力为IX 10?,再充入高纯的氩气至真空炉内相对压力为-0.02MPa，然后在温度为700°C的条件下保温2h，随炉冷却至室温，最终得到
Y-TiAl合金坯料A ；
[0041]二、向步骤一得到的Y-TiAl合金坯料A表面喷涂高温抗氧化剂至全部包覆完全，然后在温度为1150°C的条件下保温至坯料热透，得到Y-TiAl合金坯料B ;
[0042]三、在应变速率为0.0ls'温度为1150°C的条件下对步骤二得到的Y-TiAl合金坯料B进行高温锻造，变形后在1150°C温度范围内保温2h后随炉冷却，得到未置氢Y-TiAl合金锻件。
[0043]实施例一所得改善后的Y -TiAl合金的变形抗力为118.9MPa，实施例二所得未置氢Y-TiAl合金锻件的变形抗力为183.8MPa ;两者比较合金变形抗力下降率为35.3%。由此可知本发明能量消耗低，模具磨损少，产品精度高。
[0044]实施例三:一种置氢改善Y -TiAl合金锻造性能的方法是按以下步骤进行:
[0045]一、将Y -TiAl合金表面采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗4次，然后放置于管式置氢炉内，将管式置氢炉内抽真空至绝对压力为I X 1-3Pa,再充入高纯的氩气至管式置氢炉内相对压力为-0.02MPa，然后在温度为700°C的条件下，通入氢气，其分压为0.09MPa，保温2h，随炉冷却至室温，最终得到置氢Y -TiAl合金坯料A ;所述置氢Y -TiAl合金还料A中氢原子百分比为0.8% ;
[0046]二、向步骤一得到的置氢Y-TiAl合金坯料A表面喷涂高温抗氧化剂至全部包覆完全，然后在温度为1200°C的条件下保温至坯料热透，得到置氢Y-TiAl合金坯料B ;
[0047]三、在应变速率为0.0ls'温度为1200°C的条件下对步骤二得到的置氢Y-TiAl合金坯料B进行高温锻造，变形后在1200°C温度范围内保温2h后随炉冷却，得到置氢
Y-TiAl合金锻件；所述高温锻造后置氢Y -TiAl合金坯料B在高度方向总变形量为63%;
[0048]四、采用机械加工除去步骤三得到的置氢Y -TiAl合金锻件表面的高温抗氧化剂层，然后置于真空炉中进行除氢，在温度为700°C的条件下保温6h，随炉冷却至室温，得到改善后的Y-TiAl合金。
[0049]实施例四:一种改善Y -TiAl合金锻造性能的方法是按以下步骤进行:
[0050]一、将Y -TiAl合金表面采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗4次，然后放置于真空炉内，将真空炉内抽真空至绝对压力为IX 10?,再充入高纯的氩气至真空炉内相对压力为-0.02MPa，然后在温度为700°C的条件下保温2h，随炉冷却至室温，最终得到
Y-TiAl合金坯料A ；
[0051]二、向步骤一得到的Y-TiAl合金坯料A表面喷涂高温抗氧化剂至全部包覆完全，然后在温度为1200°C的条件下保温至坯料热透，得到Y-TiAl合金坯料B ;
[0052]三、在应变速率为0.0ls'温度为1200°C的条件下对步骤二得到的Y-TiAl合金坯料B进行高温锻造，变形后在1200°C温度范围内保温2h后随炉冷却，得到未置氢合金锻件。
[0053]实施例三所得改善后的V -11^1合金的变形抗力为108.5腿实施例四所得未置氢7-11八1合金锻件的变形抗力为141.51？^两者比较合金变形抗力下降率为23.3%。由此可知本发明能量消耗低，模具磨损少，产品精度高。
[0054]图1为实施例三中步骤三得到的置氢7-11“合金锻件的显微组织图；图2为实施例四中步骤三得到的未置氢7-11八1合金锻件的显微组织图；从图1和2对比可以看出，置氢后的7-11八1合金中残余层片的数量明显比未置氢合金中少。说明置氢处理促进了层片的分解，进而降低了合金的变形抗力，提高了合金的塑性变形能力。图2中的残余层片如椭圆框所示。
[0055]实施例五:一种置氢改善、-11^1合金锻造性能的方法是按以下步骤进行:
[0056]一、将、-11^1合金表面采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗4次，然后放置于管式置氢炉内，将管式置氢炉内抽真空至绝对压力为再充入高纯的氩气至管式置氢炉内相对压力为-0.021？^然后在温度为7001的条件下，通入氢气，其分压为0.09腿保温2匕随炉冷却至室温，最终得到置氢V -11^1合金坯料八；所述置氢V -11八1合金还料4中氢原子百分比为0.8% ；
[0057]二、向步骤一得到的置氢7-11八1合金坯料八表面喷涂高温抗氧化剂至全部包覆完全，然后在温度为11501的条件下保温至坯料热透，得到置氢7-11“合金坯料8 ；
[0058]三、在应变速率为0.0018—1、温度为11501的条件下对步骤二得到的置氢V-11八1合金坯料8进行高温锻造，变形后在11501温度范围内保温2卜后随炉冷却，得到置氢
V-11^1合金锻件；所述高温锻造后置氢V -11^1合金坯料8在高度方向总变形量为63%；
[0059]四、采用机械加工除去步骤三得到的置氢V -11^1合金锻件表面的高温抗氧化剂层，然后置于真空炉中进行除氢，在温度为7001的条件下保温6匕随炉冷却至室温，得到改善后的7-11八1合金。
[0060]实施例六:一种改善、-11^1合金锻造性能的方法是按以下步骤进行:
[0061]一、将V-!'1八1合金表面采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗4次，然后放置于真空炉内，将真空炉内抽真空至绝对压力为1 X 10?^再充入高纯的氩气至真空炉内相对压力为-0.021？^然后在温度为7001的条件下保温2匕随炉冷却至室温，最终得到
V-11^1合金坯料八；
[0062]二、向步骤一得到的7-11八1合金坯料八表面喷涂高温抗氧化剂至全部包覆完全，然后在温度为11501的条件下保温至坯料热透，得到7-11“合金坯料8 ；
[0063]三、在应变速率为0.0018—1、温度为11501的条件下对步骤二得到的V-11八1合金坯料8进行高温锻造，变形后在11501温度范围内保温2卜后随炉冷却，得到未置氢
合金锻件。
[0064]实施例五所得改善后的V -11^1合金的变形抗力为87.41？3，实施例六所得未置氢7-11八1合金锻件的变形抗力为148.1腿两者比较合金变形抗力下降率为41.0%。由此可知本发明能量消耗低，模具磨损少，产品精度高。
[0065]实施例七:一种置氢改善、-11^1合金锻造性能的方法是按以下步骤进行:
[0066]一、将、-11^1合金表面采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗4次，然后放置于管式置氢炉内，将管式置氢炉内抽真空至绝对压力为1 X 10^,再充入高纯的氩气至管式置氢炉内相对压力为-0.021？^然后在温度为7001的条件下，通入氢气，其分压为0.09腿保温2匕随炉冷却至室温，最终得到置氢V -11^1合金坯料八；所述置氢V -11八1合金还料4中氢原子百分比为0.8% ；
[0067]二、向步骤一得到的置氢7-11“合金坯料八表面喷涂高温抗氧化剂至全部包覆完全，然后在温度为12001的条件下保温至坯料热透，得到置氢7-11“合金坯料8 ；
[0068]三、在应变速率为0.0018—1、温度为12001的条件下对步骤二得到的置氢V-11八1合金坯料8进行高温锻造，变形后在12001温度范围内保温2卜后随炉冷却，得到置氢
V-11^1合金锻件；所述高温锻造后置氢V -11^1合金坯料8在高度方向总变形量为63%；
[0069]四、采用机械加工除去步骤三得到的置氢V -11^1合金锻件表面的高温抗氧化剂层，然后置于真空炉中进行除氢，在温度为7001的条件下保温6匕随炉冷却至室温，得到改善后的7-11八1合金。
[0070]实施例八:一种改善、-11^1合金锻造性能的方法是按以下步骤进行:
[0071]一、将V-!'1八1合金表面采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗4次，然后放置于真空炉内，将真空炉内抽真空至绝对压力为1 X 10?^再充入高纯的氩气至真空炉内相对压力为-0.021？^然后在温度为7001的条件下保温2匕随炉冷却至室温，最终得到
V-11^1合金坯料八；
[0072]二、向步骤一得到的7-11八1合金坯料八表面喷涂高温抗氧化剂至全部包覆完全，然后在温度为12001的条件下保温至坯料热透，得到7-11“合金坯料8 ；
[0073]三、在应变速率为0.0018—1、温度为12001的条件下对步骤二得到的V -11八1合金坯料8进行高温锻造，变形后在12001温度范围内保温2卜后随炉冷却，得到未置氢7—11八1合金锻件。
[0074]实施例七所得改善后的V -11^1合金的变形抗力为61.81？3，实施例八所得未置氢7-11八1合金锻件的变形抗力为86即?两者比较合金变形抗力下降率为28.1%。由此可知本发明能量消耗低，模具磨损少，产品精度高。
【权利要求】
1.一种置氢改善Y-TiAl合金锻造性能的方法，其特征在于置氢改善Y-TiAl合金锻造性能的方法是按以下步骤进行: 一、将Y-TiAl合金表面采用机械加工清除氧化层并采用丙酮清洗3?5次，然后放置于管式置氢炉内，将管式置氢炉内抽真空至绝对压力为I X 10?,再充入高纯的氩气至管式置氢炉内相对压力为-0.04MPa?-0.02MPa，然后在温度为700°C?800°C的条件下，通入氢气，其分压为0.05MPa?0.15MPa，保温2h?4h，随炉冷却至室温，最终得到置氢Y -TiAl合金还料八；所述置氢Y-TiAl合金还料八中氢原子百分比为0.2%?1% ； 二、向步骤一得到的置氢Y-TiAl合金坯料A表面喷涂高温抗氧化剂至全部包覆完全，然后在温度为1100°C?1300°C的条件下保温至坯料热透，得到置氢Y-TiAl合金坯料B ; 三、在应变速率为0.0Ols-1?0.0ls'温度为1100°C?1300°C的条件下对步骤二得到的置氢Y -TiAl合金坯料B进行高温锻造，变形后在1100°C?1300°C温度范围内保温Ih?2h后随炉冷却，得到置氢Y-TiAl合金锻件；所述高温锻造后置氢Y-TiAl合金坯料B在高度方向总变形量为50%?63% ; 四、采用机械加工除去步骤三得到的置氢Y-TiAl合金锻件表面的高温抗氧化剂层，然后置于真空炉中进行除氢，在温度为700°C?800°C的条件下保温4h?6h，随炉冷却至室温，得到改善后的Y-TiAl合金。
2.根据权利要求1所述的一种置氢改善Y-TiAl合金锻造性能的方法，其特征在于步骤一中所述置氢Y-TiAl合金还料A中氢原子的质量百分比为0.4%?0.9%。
3.根据权利要求1所述的一种置氢改善Y-TiAl合金锻造性能的方法，其特征在于步骤一中所述置氢Y-TiAl合金还料A中氢原子的质量百分比为0.6%。
4.根据权利要求1所述的一种置氢改善Y-TiAl合金锻造性能的方法，其特征在于步骤一中所述置氢Y-TiAl合金还料々中氢原子的质量百分比为0.8%。
5.根据权利要求1所述的一种置氢改善Y-TiAl合金锻造性能的方法，其特征在于步骤二中所述高温抗氧化剂为高温合金锻造用玻璃防护润滑剂。
6.根据权利要求1所述的一种置氢改善Y-TiAl合金锻造性能的方法，其特征在于步骤二中在温度为1150°C的条件下保温至坯料热透。
7.根据权利要求1所述的一种置氢改善Y-TiAl合金锻造性能的方法，其特征在于步骤二中在温度为1200°C的条件下保温至坯料热透。
8.根据权利要求1所述的一种置氢改善Y-TiAl合金锻造性能的方法，其特征在于步骤二中在温度为1250°C的条件下保温至坯料热透。
9.根据权利要求1所述的一种置氢改善Y-TiAl合金锻造性能的方法，其特征在于步骤三中在应变速率为0.0058'温度为1150°C的条件下对步骤二得到的置氢Y-TiAl合金坯料B进行高温锻造。
10.根据权利要求1所述的一种置氢改善Y-TiAl合金锻造性能的方法，其特征在于步骤四中在温度为750°C的条件下保温6h。
【文档编号】C23C8/08GK104308455SQ201410397465
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】宗影影, 温道胜, 单德彬, 郭斌 申请人:哈尔滨工业大学