[發明專利]一種無污染高效細化鈦鋁合金方法

有效

• 申請號: 201410508694.X
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN104259446A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 陳瑞潤;沈斌華;李新中;方虹澤;丁宏升;蘇彥慶;郭景杰;傅恒志
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B22D27/08
• 分類號: B22D27/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發明涉及一種無污染高效細化鈦鋁合金的方法。

背景技術

就傳統冶金法而言，鈦鋁合金鑄造后所得組織非常粗大，且存在非常嚴重的偏析和缺陷，室溫塑性非常差、脆性非常大，并且難以成型。必須經過合金化、熱處理、塑性變形等方式才能細化顯微組織提高室溫塑性和高溫強度等，才能滿足材料應用的需要。對于鈦鋁合金細化可通過凝固過程進行細化和固態相變細化，而凝固過程進行細化鈦鋁合金是主要細化途徑。如：第一、二代鈦鋁基合金可通過添加合金化元素通過固溶強化或塑性變形來細化組織提高合金的塑性及抗氧化、抗蠕變性能。然而現在對鈦鋁合金的發展，要求繼續提高其性能和使用溫度，以滿足各行業的需求。傳統冶金法對材料細化凝固組織雖然有比較顯著的效果，但是對于材料的可重復性利用卻有不盡人意之處。其中，采用超聲技術對合金熔體進行處理正符合該發展方向，它是一種無污染、高效率及發展潛力很大的新型技術，但超聲波應用于鈦鋁合金熔煉過程在國內外鮮見報道，這主要是由于鈦鋁合金在熔體狀態其活性非常大，需要真空狀態和保護氣氛；加之超聲波換能器的使用又有一定的溫度限制，并且在真空狀態下作業，超聲波難以引入。

發明內容

本發明是要解決傳統冶金法鈦鋁合金鑄造后所得組織粗大，且存在非常嚴重的偏析和缺陷，室溫塑性非常差、脆性非常大，并且難以成型的問題，而提供了一種無污染高效細化鈦鋁合金方法。

一種無污染高效細化鈦鋁合金方法,它按以下步驟實現：

步驟一、在真空室內，物料放置在鈦鋁合金熔體熔煉裝置的棒料層之中，置于線圈的最中間；

步驟二、將于線圈與電極相連；其中，所述線圈的內徑為數量8匝，所述電極為單相交流電；

步驟三：將超聲波發生器通過連接桿固定在上定位裝置上；

步驟四、通過上定位裝置將T8鋼工具頭與模殼頂面相接觸；

步驟五、開啟真空泵，將真空室內氣壓抽真空至1Pa以下，然后反充高純氬氣至300Pa，重復3～5次操作，最后一次要充氬氣至7.5×10⁴Pa；

步驟六、線圈施加功率，加熱功率為5～15kW，加熱時間5～15min；

步驟七、卸載功率時，利用超聲波發生裝置加入超聲波，超聲處理時間為0～90s；

步驟八、真空室內通入空氣，打開真空室，取出并打碎模殼，獲得細化的鈦鋁棒。

本發明具有以下優點：

一、本發明方法中鈦鋁合金的棒料是在氧化釔模殼中熔化，避免熔體污染，進而實現將超聲波間接導入到鈦鋁合金熔體中。二、本發明方法使用超聲波處理鈦鋁合金熔體具有無污染、高效率可循環利用材料的優點。三、本發明方法使用超聲波處理合金熔體，凝固后所得組織可以明顯得到細化、更加均勻，合金的性能也得到不同程度的提高，見圖3。

隨著超聲時間的增加，細化效果越來越好。超聲波介入使鑄錠由柱狀晶組織向等軸晶轉變，超聲時間90s時，完全得到非常細小的等軸晶，其片層團尺寸由30s時1004.7μm降低到88.1μm，細化了11倍。

超聲處理Ti-46Al-0.5Si-0.5W-0.3Y合金，隨著超聲時間的增加，析出物明顯減少，使組織成分更均勻。隨著超聲時間的增加，合金的抗壓強度會增大，當超聲時間為90s時可達到壓縮強度超過1700MPa。

超聲波作用鈦鋁合金熔體增加熔體的流動會引起枝晶臂斷裂、熔斷，成為新的形核質點，增加了形核率，此外由聲壓作用會引起晶粒的再結晶，轉變為細小的等軸晶。

附圖說明

圖1本發明裝置的示意圖；

圖2是圖1中Ⅰ的局部放大圖；

圖3(a)是超聲波處理0s對鑄錠組織切面的影響圖；

圖3(b)是超聲波處理30s對鑄錠組織切面的影響圖；

圖3(c)是超聲波處理60s對鑄錠組織切面的影響圖；

圖3(d)是超聲波處理90s對鑄錠組織切面的影響圖；

圖4(a)是加熱功率為6kW對超聲處理鑄錠群的影響圖；

圖4(b)是加熱功率為8kW對超聲處理鑄錠群的影響圖；

圖4(c)是加熱功率為10kW對超聲處理鑄錠群的影響圖；

圖5(a)加熱時間為6min對超聲處理鑄錠試樣宏觀組織照片圖；

圖5(b)加熱時間為8min對超聲處理鑄錠試樣宏觀組織照片圖；

圖5(c)加熱時間為10min對超聲處理鑄錠試樣宏觀組織照片圖。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式的一種無污染高效細化鈦鋁合金方法，它按以下步驟實現：