[發明專利]一種高溫結構材料Ti-40Al-10Fe合金空氣直接冷卻的熱處理方法

無效

• 申請號: 201310223286.5
• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN103266289A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 劉宏偉;冼滿峰;蘇廣才;梁建林;湯宏群
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 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

本發明涉及一種高溫結構材料Ti-40Al-10Fe合金空氣直接冷卻的熱處理方法，屬于金屬熱處理技術領域。

背景技術

金屬間化合物兼具有金屬的高溫韌性及陶瓷的高溫力學性能。由于其具有高的比強度、比模量、良好對抗氧化性、抗蠕變性和高的高溫強與剛度等特點，優于目前廣泛使用的金屬及其合金。以輕金屬元素為基的金屬間化合物可以滿足航空航天工業應用的低密度的要求，研究廉價原材料所構成的金屬間化合物可以在經濟上滿足金屬間化合物在工業上的潛在應用價值。這無疑為其今后的實用化和推廣應用提供了有利條件。

據報道高鈮Ti-Al基合金目前是最有希望能夠進行產量投入使用的新型輕質高溫結構材料。但是，鈮在地殼中存在比較少，且提純困難，同時，鈮作為戰略元素，以上各方面的原因，使得合金的成本大大提高了。為了尋找替代鈮的元素，從常見的合金元素中找出合適的元素，向Ti-Al基體中引入晶體結構、晶胞參數滿足理論設計要求的，生長取向靠近滑移面法線的沉淀相，最大程度地阻礙基體位錯的滑移，從而使得Ti-Al基合金的高溫強度得到提高。在相圖熱力學及相變晶體學的指導下，設計高鐵Ti-Al基合金，以廉價合金元素代替高鈮合金的鈮元素，使得新合金更具輕量化、低成本，并具有Fe的高合金化的特點。

目前，國內外研究高鐵鈦鋁合金的報導還少有見聞，黃家硬等研究新型廉價輕質高溫結構材料Ti-40Al-10Fe合金（黃家硬，Ti-40Al-10Fe合金的時效與強化研究.廣西大學碩士論文2012-05-01，15），首先通過真空水冷銅坩堝感應熔煉爐按照比例投入材料熔煉Ti-40Al-10Fe合金，然后在惰性氣體氬氣保護的情況下，由室溫升溫到1000℃，保溫12h，再由1000℃升溫到1200℃，保溫6個小時后，取出試樣，用水或鹽水作為淬火介質冷卻得到淬火樣品。淬火樣品在惰性氣體氬氣保護下從室溫升到1000℃，保溫10小時，在水或鹽水作為淬火介質冷卻得到時效處理樣品。此方法得到的Ti-40Al-10Fe合金，具有非常大的淬應力，在淬火過程中比較容易產生裂紋，往往無法得到理想的試樣，工藝操作比較復雜。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種能夠明顯在冷卻過程中降低Ti-40Al-10Fe合金的冷裂率、且操作工藝簡單、適宜工業批量生產的高溫結構材料Ti-40Al-10Fe合金空氣直接冷卻的熱處理方法。

本發明以如下技術方案解決上述技術問題：一種高溫結構材料Ti-40Al-10Fe合金空氣直接冷卻的熱處理方法，包括用真空感應水冷銅坩堝熔煉出Ti-40Al-10Fe合金，將熔煉出來的合金線切割成試驗所需的試樣，將鑄態放進高溫電阻爐內，在抽真空至5-10Pa，惰性氣體保護下，升溫到1000℃，保溫12小時，繼續升溫至1200℃，保溫6小時后取出試樣，還包括如下步驟：取出試樣后經空氣直接冷卻室溫，得到淬火態樣品，清洗試樣，把試樣的氧化表面磨掉，然后把試樣拋光，將淬火態樣品放進高溫電阻爐內，在抽真空至5-10Pa，在惰性氣體保護下，從室溫升到950—1050℃，保溫2—50小時，析出相的峰值在9—11小時，取出試樣，空氣直接冷卻室溫，得到時效處理Ti-40Al-10Fe合金。

所述得到時效處理Ti-40Al-10Fe合金，是在惰性氣體保護下，從室溫升到1000℃，保溫10小時，取出試樣，空氣直接冷卻室溫，得到時效處理Ti-40Al-10Fe合金。

本發明突出的技術效果在于：

空氣直接冷卻得到時效處理Ti-40Al-10Fe合金，樣品開裂率為0%，且無需準備冷卻水溶液、鹽水溶液或冷卻油作為淬火介質，操作工藝簡單，生產成本大大降低，應用前景廣闊。

附圖說明

圖1是線切割成力學拉伸試驗試樣尺寸圖。

圖2是線切割成沖擊韌性試驗試樣尺寸圖。

圖3是本發明得到的時效態Ti-40Al-10Fe合金XRD圖。

圖4是圖3試樣對應的透射電鏡觀察形貌及衍射花樣圖。

圖5是圖3試樣對應的透射電鏡觀察其它形貌及衍射花樣圖。

圖6是圖3試樣對應的透射電鏡觀察其它形貌及衍射花樣圖。

圖7是900℃x10h時效處理的透射電鏡觀察形貌圖。

具體實施方式

以下通過實施例對本發明的技術方案作進一步說明。

一種高溫結構材料Ti-40Al-10Fe合金空氣直接冷卻的熱處理方法，包括如下步驟：