[發(fā)明專利]一種復(fù)合冷坩堝定向凝固方法及其制備的TiAl基合金構(gòu)件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811366756.2
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109226666B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁宏升;張海龍;劉石球;陳瑞潤;郭景杰;傅恒志
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B22C3/00
• 分類號: B22C3/00;B22C7/02;B22C9/06;B22D27/02;B22D27/04;B22D27/06;C22C1/03;C22C28/00
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務(wù)所(普通合伙) 23209
• 代理人: 劉坤

本發(fā)明屬于合金制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高活性TiAl基合金的復(fù)合冷坩堝定向凝固方法及其制備的TiAl基合金構(gòu)件。具體步驟為：將金屬原料按原子比熔煉制成合金母錠；根據(jù)構(gòu)件形狀要求制備鑄型；將切割后的合金母錠固定于鑄型內(nèi)并放入電磁冷坩堝腔體內(nèi)，鑄型下端浸入液態(tài)金屬冷卻液；將定向凝固裝置抽真空后返充氬氣；利用電磁感應(yīng)將合金母錠加熱至熔化后在一定溫度下以一定速度向下抽拉鑄型，當抽拉距離達到要求時，停止抽拉和加熱，降溫后即得定向凝固合金構(gòu)件。本發(fā)明在滿足合金構(gòu)件形狀要求的同時，能夠降低鑄型與高活性合金熔體的反應(yīng)，減少鑄型的污染；改善合金構(gòu)件的顯微組織，顯著提升TiAl基合金構(gòu)件的力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高活性TiAl基合金的復(fù)合冷坩堝定向凝固方法及其制備的TiAl基合金構(gòu)件。

背景技術(shù)

TiAl基合金具有輕質(zhì)、高比強度、耐磨、耐高溫、優(yōu)異的抗氧化性和抗蠕變性能，在航空航天工業(yè)、交通運輸行業(yè)等領(lǐng)域工程化應(yīng)用前景良好。但其存在室溫延性低、室溫加工性能差等缺點極大地限制了其在實際生產(chǎn)的應(yīng)用。為了改善TiAl基合金的室溫塑性，發(fā)揮其高溫使用性能的優(yōu)勢，眾多學(xué)者主要從控制合金成分和改進成型工藝兩個方面進行研究。

定向凝固技術(shù)的應(yīng)用是TiAl基合金成型工藝一大進步，通過消除組織中與承載方向垂直的橫向晶界，使全片層最佳性能取向與載荷方向保持一致，從而提高合金在承載方向上的塑性和斷裂韌性等力學(xué)性能。由于TiAl基合金的高熔點及高溫活性的限制，目前TiAl基合金定向凝固鑄錠主要采用Bridgman定向凝固、光/電磁浮區(qū)定向凝固和冷坩堝定向凝固三種方法制備。

含有陶瓷鑄型法是目前一種既可以控制組織又能滿足形狀要求的定向工藝。因此，它的應(yīng)用和發(fā)展對TiAl基合金的工程化具有重要意義。然而，由于TiAl基合金熔體的高活性，會與鑄型發(fā)生反應(yīng)從而影響定向凝固合金的組織和性能。同時，不可避免的反應(yīng)會導(dǎo)致定向凝固過程對鑄型質(zhì)量嚴苛的要求，并損害合金室溫性能。目前常用的感應(yīng)石墨電阻加熱定向凝固技術(shù)具有加熱周期長，鑄型溫度高及鑄型和合金熔體之間的反應(yīng)劇烈等缺點。這些缺點會損害定向試樣的室溫性能，特別是室溫塑性。因此，研發(fā)一種加熱迅速，低反應(yīng)的定向凝固技術(shù)顯得尤為迫切。

發(fā)明內(nèi)容

為解決合金定向凝固過程中鑄型和合金熔體之間反應(yīng)劇烈的問題，本發(fā)明提供了一種用于高活性TiAl基合金的復(fù)合冷坩堝定向凝固方法及其制備的TiAl基合金構(gòu)件。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種用于高活性TiAl基合金的復(fù)合冷坩堝定向凝固方法，步驟如下：

步驟一、將金屬原料按一定原子比進行熔煉，制成合金母錠待用；

步驟二、采用溶膠粘結(jié)劑法根據(jù)合金構(gòu)件形狀制備鑄型待用；

步驟三、將步驟一得到的合金母錠切割后固定放置于步驟二制備的鑄型內(nèi)，將合金母錠和鑄型放入定向凝固裝置的電磁冷坩堝腔體內(nèi)，其中鑄型的下端浸入液態(tài)金屬Ga-In冷卻液中；

步驟四、將定向凝固裝置抽真空后返充氬氣；

步驟五、對電磁冷坩堝內(nèi)的合金母錠進行電磁感應(yīng)加熱，使合金母錠熔化后保溫一定時間；在一定溫度下以一定速度向下抽拉鑄型，當抽拉距離達到長度要求時，停止抽拉和加熱，降溫后即得定向凝固合金構(gòu)件。

進一步的，步驟一所述熔煉采用電磁冷坩堝感應(yīng)熔煉爐進行，具體步驟如下：

(一)按一定原子比準備如下金屬原料：質(zhì)量純度均為99.99wt.％的高純Ti和Al，質(zhì)量純度為99.98wt.％的純Cr和Nb質(zhì)量濃度為60wt.％的Al–Nb中間合金；