[發明專利]近α高溫鈦合金中α2相和硅化物的協調控制方法

無效

• 申請號: 200710011245.4
• 申請日: 2007-05-10
• 公開（公告）號: CN101302589A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 張鈞;彭娜;朱紹祥;王清江;劉建榮;李麗;董世柱
• 申請（專利權）人: 沈陽大學
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C14/00;C22F1/18
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司
• 代理人: 戚羽

技術領域

本發明涉及一種近α高溫鈦合金中α₂相和硅化物的協調控制方法，特別是含Si的近α高溫鈦合金中α₂相和硅化物的協調控制方法，比如Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si合金系中α₂相和硅化物的協調控制方法。

背景技術

近α鈦合金是600℃以上溫度使用時首選高溫鈦合金，而在顯微組織、添加元素得到充分保證的情況下，提高其高溫使用性能的根本途徑在于彌散相的析出強化。盡管α₂相和硅化物作為彌散析出相容易引起合金熱穩定性的降低，但也確實能夠起到強化作用。比如，在IMI550，IMI679，IMI685，IMI829，IMI834和Ti-55，Ti-600，Ti-60合金中，α₂相和硅化物有效地提高了合金的蠕變性能，然而，導致合金的熱穩定性明顯下降。

近α鈦合金中的α₂相以Ti₃Al為主體的、具有DO₁₉結構的、一般在時效過程或熱暴露過程析出的有序相。當合金的電子濃度超過特征電子濃度(N_C＝∑N_if_i＝2.12)時，在合適的時效條件下α₂相(Ti₃X)就將會析出，α₂相是時效及熱暴露過程的產物。其析出長大與Ti-Al二元系中α₂相(Ti₃Al)的析出長大具有相同的特征。隨時效溫度的降低，α₂相的析出依次表現為僅在位錯附近析出、位錯和晶界優先析出以及在合金中均勻析出三種特征。

對α₂相的脆化作用的認識由來已久，幾乎在可能析出α₂相的所有近α型高溫鈦合金中，均發現α₂相的析出導致合金的脆化傾向，降低室溫塑性。相關的研究指出，α₂相的脆化作用程度與α₂相的含量，尺寸，形狀，分布有關。而且α₂相的高溫強度遠高于α相，這就使得利用α₂相強化成為可能。

由于α₂相的析出長大與合金成分、固溶組織、時效溫度和時間等多方面因素有關，同時其影響作用還與硅元素的含量及硅化物的析出有關，從而α₂相的析出與生長控制仍是尚未解決的困難。

Si作為一種重要的高溫鈦合金的添加元素，已經被證明是有效的強化元素。IMI550，IMI679，IMI685，IMI829，IMI834和Ti-55，Ti-600，Ti-60都是含Si的高溫鈦合金。在近α高溫鈦合金中，Si的含量一般在0.1～0.5(wt％)之間。Si以兩種狀態存在，即Si固溶于基體中和以硅化物的形態析出。這兩種存在形態對合金性能的影響就是Si固溶強化和硅化物的沉淀強化。

Si能有效地強化固溶體，它在β鈦中的溶解度遠大于在α鈦中的溶解度，Si在α鈦中的溶解度隨溫度的提高而加大。因此，采用在β區或β+α相區上部的處理使Si固溶，然后在較低溫度(比如650℃)下時效，可獲得細小的、彌散分布的硅化物。

硅化物的析出受時效溫度及時間的影響，提高時效溫度及時間導致硅化物的增大；硅化物的析出分布、形貌、顆粒尺寸可以在較大范圍內變化。硅化物主要在單相α′片層組織或α-β界面處析出，也常發現在組織內部析出；其形狀可以是等軸的、橢球的，有時呈現為塊狀的；其尺寸可以在幾十納米到幾百納米變化。

Si元素添加的主要作用在于固溶強化，這一點已經得到普遍接受。

對硅化物的析出強化則有兩種明顯不同的認識。一些研究表明，細小的、彌散分布的硅化物有利于強化晶界和相界，當Si與Zr、Mo綜合作用時，強化效果最好；另一些研究則表明，硅化物析出會引起蠕變阻力的降低以及疲勞裂紋生長速率的增大。實際上可以認為，硅化物的強化作用與硅化物的析出、長大過程及分布狀態密切相關。與α₂相的脆化作用相似，隨Si含量的增加及硅化物析出，高溫鈦合金的拉伸塑性明顯降低。

由于硅化物的析出長大與合金成分、固溶組織、時效溫度和時間等多方面因素有關，同時其影響作用還與α₂相的析出有關，從而硅化物的析出與生長控制仍是尚未解決的困難。