[發明專利]一種減少高溫結構材料Ti-40Al-10Fe合金熔煉過程中鋁燒損的熔煉方法

無效

• 申請號: 201310223258.3
• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN103276229A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 冼滿峰;劉宏偉;蘇廣才;梁建林;湯宏群
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C14/00;C22B9/04
• 代理公司: 廣西南寧公平專利事務所有限責任公司 45104
• 代理人: 黃永校

技術領域

本發明涉及一種減少高溫結構材料Ti-40Al-10Fe合金熔煉過程中鋁燒損的熔煉領域。

背景技術

金屬間化合物因其具有輕質、耐高溫及高比強度而受到人們的關注。一個世紀以來，隨著航天技術的發展，金屬間化合物高溫性能材料在航空工業上的應用扮演著越來越重要的角色。同時，在化學及汽車工業中，金屬間化合物也具有無可替代的作用。目前約有300多種金屬間化合物被人們所發現，其中Fe-Al系、Ti-Al系和Ni-Al系等三大系是目前廣泛研究的三大金屬間化合物體系。

Ti-Al系合金熔點高，密度低，抗氧化性強，高溫力學性能好，抗蠕變性優越，受到越來越多的重視，成為有巨大應用潛力的高溫結構材料。但是室溫和高溫強度不足是其應用化進程上的主要障礙。另外，普通鈦鋁合金的室溫塑性和斷裂韌性較差，在800℃以上抗高溫蠕變和高溫氧化性能下降，這極大制約了TiAl的工程應用，目前研究的Ti-Al系主要有三種，分別是Ti₃Al(α₂)，TiAl(γ)和TiAl₃(τ)，具有工業應用前景的是含Al較低（48%原子分數）α₂+γ兩相TiAl合金，雙相TiAl(γ)合金的強度和塑性都明顯優于單相TiAl(γ)合金。

目前，Ti-40Al-10Nb是作為TiAl基合金系列里最受廣泛關注的合金，由于其具有高耐高溫強度，是目前最有希望應用在航空航天等領域的新型輕量化比高溫結構材料。但這種合金的發展受到一定的限制，主要原因是Nb作為戰略元素，價格高昂，使生產成本大為提高。其次，Nb元素容易在合金熔煉過程中產生質量數偏析，不利于控制整體的材料成分均勻，制約了材料的力學性能。同時，TiAl基合金是面心L1₀結構，且晶胞參數C_f/a_f比值為1.02，a值是0.3997nm。通過研究我們發現，TiAl基合金的析出相優先于[110]/2普通位錯中形核，所以預期的第二相需要滿足相變晶體學中晶體結構及晶格常數等的要求的同時，也要滿足相圖熱力學中規定的在一定溫度條件下析出相能與基體并存。通過一系列的研究結果表明：在尋找Ti-40Al-10Nb合金中鈮的替代元素過程中，Fe是Nb的最合適的代用元素。Fe元素屬于地殼存量豐富的廉價元素，可以降低生產成本。同時鐵元素相對于鈮元素來說具有質量更輕，更適合輕量化發展的特點。在滿足合金高溫強化方面，鐵元素也比鈮元素更具有優越性。

正是在此基礎上，我們研制了Ti-40Al-10Fe合金，Ti-40Al-10Fe合金性能優于Ti-40Al-10Nb合金，且生產成本大大降低。制備Ti-40Al-10Fe合金的關鍵技術是如何降低Ti-40Al-10Fe合金熔煉過程中鋁的燒損，目前國內熔煉Ti-40Al-10Nb合金時鋁的燒損率一般在30%左右，最高時高達50%，這樣大大地增加了材料的生產成本。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種能夠明顯降低Ti-40Al-10Fe合金熔煉過程中鋁燒損的問題、且操作工藝簡單、適宜工業批量生產的一種減少高溫結構材料Ti-40Al-10Fe合金熔煉過程中鋁燒損的熔煉方法。

本發明以如下技術方案解決上述技術問題：一種減少高溫結構材料Ti-40Al-10Fe合金熔煉過程中鋁燒損的熔煉方法，包括如下步驟：將實驗所需的材料按質量分數比例投入真空水冷銅坩堝感應爐內，抽真空至1x10^－1Pa，然后迅速升溫至全部材料全部融化。此時，溫度為2500℃，熔煉真空度為1×10^－1Pa～3Pa，保溫為30min，然后把溶液狀態下的材料倒進坩堝內，此時，抽真空至1x10^－1Pa，直到材料冷卻，從坩堝內取出合金，為了保證合金成份充分均勻，無偏析，以上操作重復三次，得到Ti-40Al-10Fe合金。

一次熔煉鑄錠時：鑄錠電流Ｉ＝1300Ａ、電壓Ｕ＝22ｖ－24v；

二次熔煉鑄錠時：電流Ｉ＝2400Ａ、電壓＝22ｖ－25v；

三次熔煉鑄錠時：電流Ｉ＝2400Ａ、電壓＝22ｖ－25v，材料三次熔煉完畢時，得到Ti-40Al-10Fe合金。

本發明的突出實質性特點和顯著進步在于：熔煉的Ti-40Al-10Fe合金，鋁的燒損率僅為23.06%，大大降低了鋁的燒損，合金無偏析，且操作工藝簡單，生產成本降低，應用前景廣闊。

附圖說明

圖1是實施例1Ti-40Al-10Fe合金試樣的XRD能譜分析圖。