一種Ti2AlNb合金（O+B2）兩相區(qū)時效組織細化方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種Ti2AlNb合金高溫熱處理組織細化方法。將Ti2AlNb合金經(jīng)鍛造后，加熱至(O+B2)兩相區(qū)并保溫1～5個小時，隨后水淬并冷卻至室溫；利用α2相→O相轉變過程α2相的碎片化，通過(O+B2)兩相區(qū)等溫1～5小時時效后獲得細化組織。采用本發(fā)明處理后的Ti2AlNb合金組織中其等軸粒徑和板條粒徑明顯細化；隨著時效時間的延長，Ti2AlNb合金組織中的等軸粒徑和板條粒徑先減小并逐漸增加，時效4個小時以后等軸粒徑和板條粒徑增大，隨著時效時間的延長，等軸粒徑仍經(jīng)歷一個減少的過程，而板條粒徑基本保持穩(wěn)定；恰當?shù)腡i?22Al?25Nb合金(O+B2)兩相區(qū)時效處理可確保其高溫性能的明顯改善。
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明屬Ti2AlNb合金熱處理技術領域，特別設及一種Ti2AlNb合金(0+B2)兩相區(qū) 時效組織細化方法。 -種T i 2AI Nb合金(0+B2)兩相區(qū)時效組織細化方法
【背景技術】
[0002] Ti2AlNb基合金在上個世紀90年代開始興起，最早是作為Alpha-2合金的擴展研 究，隨后發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)Ti3Al系合金中，加入一定量的Nb組元，就會形成時目，0相會在Nb含量在 一個寬范圍內(nèi)穩(wěn)定存在，從而掀起了一個Ti2AlNb基合金開發(fā)與應用的熱潮。通常Ti2AlNb 合金的成分含量會在Ti-(18~30)A1-(12.5~30)Nb(at%)范圍內(nèi)浮動，表1給出了常見 Ti2AlNb合金的名義成分范圍。
[0003] 正如前面所說，0相是Ti2AWb合金區(qū)別傳統(tǒng)Ti-Al系金屬間化合物的重要標志。 TisAlNb合金屬于輕質不易變形的高溫結構材料，其組織中的各種相成分(B2相、相或者0 相）的形態(tài)、分布與含量大小顯著影響合金的性能。從熱處理制度上來說，Ti2AlNb合金變形 后往往在低于e相轉化溫度2(TC下進行固溶處理，此時0相會比較均勻的從基體相析出，然 后W較快的速度冷卻下來可獲得等軸組織，一般情況下0相將包裹在等軸狀的02相的外圍， 部分時候會獲得等軸狀分布的初生0相/02相顆粒W及片層狀的次生0相/02相。固溶處理獲 得兩相組織已成為Ti2AlNb基合金的主要熱處理工藝，一般認為隨著時間的延長，板條狀和 等軸狀組織將逐漸粗化，從而劣化高溫性能;運其中恰恰忽視了 02相^0相轉變過程發(fā)生的 曰2相碎化可W使得組織細化，運也是本發(fā)明的出發(fā)點。
[0004] 表lTi2AlNb合金常規(guī)化學成分（％) r00051


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在解決Ti2AlNb合金由于組織粗大而導致的高溫性能差的問題。通過有 效利用高溫時效處理時02相^0相轉變過程發(fā)生的a2相的碎片化，在恰當?shù)?0+B2)兩相區(qū) 時效工藝組合（時效時間和時效溫度）下獲得細密的（0+B2)組織，從而提高合金的高溫性 能，進而推進其在實際中的應用。
[0007] 本發(fā)明的技術方案如下：
[000引一種Ti2AlNb合金(0+B2)兩相區(qū)時效組織細化方法，步驟如下：
[0009] (1)將Ti2AWb合金經(jīng)鍛造后，加熱至(0+B2)兩相區(qū)并保溫1~5個小時，隨后水澤 并冷卻至室溫；
[0010] (2)利用02相一 0相轉變過程02相的碎片化，通過(0+B2)兩相區(qū)等溫1~5小時時效 后獲得細化組織。
[0011] 具體說明如下：
[0012] Ti2AlNb合金的(0+B2)兩相區(qū)溫度范圍可W通過差熱分析方面來測定，如圖1給出 了Ti-22Al-25Nb合金加熱過程(加熱速度為5°C/min)差熱分析曲線，其中630°C~96rC為 (0+B2)兩相區(qū)，并在該溫度范圍選取選定時效溫度和時效時間。
[0013] 本發(fā)明專利的熱處理工藝流程為:將試樣加熱至90(TC并保溫30分鐘，隨后爐冷至 740°C~800°C，保溫50分鐘，水澤至室溫;加熱至650°C，回火2小時，取Ti-22A^25Nb合金加 熱到630°C~96rC，并保溫1~5個小時，隨后水澤至室溫。
[0014] 與Ti-22Al-25Nb合金(0+B2)兩相區(qū)時效處理前的典型組織（如圖2)相比，采用該 工藝處理后的Ti2AWb合金組織中其等軸粒徑和板條粒徑明顯細化，圖3給出了 Ti-22A1- 25Nb合金(0+B2)兩相區(qū)800°C時效2小時后的典型組織。隨著時效時間的延長，Ti2AlNb合金 組織中的等軸粒徑和板條粒徑先減小并逐漸增加，時效4個小時W后等軸粒徑和板條粒徑 增大，隨著時效時間的延長(大于6個小時），等軸粒徑仍經(jīng)歷一個減少的過程，而板條粒徑 基本保持穩(wěn)定，圖4給出了 800°C時效Ti-22A^25Nb合金組織中的析出相尺寸大小隨時效時 間的變化關系。合金時效過程的組織變化對其高溫性能影響顯著，圖5給出了 80(TC時效Ti- 22Al-25Nb合金650°C蠕變斷裂強度隨時效時間的變化關系，從中可W發(fā)現(xiàn)，在時效處理6個 小時后，合金的高溫蠕變性能顯著劣化。由此可見，恰當?shù)腡i-22A^25Nb合金(0+B2)兩相區(qū) 時效處理可確保其高溫性能的明顯改善。
【附圖說明】
[0015] 圖1 Ti-22A^25Nb合金加熱過程(加熱速度為5°C/min)差熱分析曲線，其中630°C ~961°C為(0+B2)兩相區(qū)；
[0016] 圖2 Ti-22A^25佩合金(0+B2)兩相區(qū)時效處理前的典型組織；
[0017] 圖3 Ti-22Al-25佩合金(0+B2)兩相區(qū)800°C時效2小時后的典型組織；
[0018] 圖4 800°C時效Ti-22A^25Nb合金組織中的析出相尺寸大小隨時效時間的變化關 系；
[0019] 圖5 800°C時效Ti-22A^25Nb合金650°C蠕變斷裂強度隨時效時間的變化關系。
【具體實施方式】
[0020] 所用Ti2AlNb合金為Ti-22A^25Nb，其成分如表1所示。通過差熱分析，測得該合金 (0+B2)兩相區(qū)溫度為630°C~96rC(見圖1)。采用四次自耗制備出鑄錠，鑄錠經(jīng)開巧鍛造后 制備成直徑為150mm的棒材備用。鑄錠在1050-1150°C采用水壓機進行變形。變形方式為= 鐵=拔，其中，每次鐵或拔的變形量大于30%。從鍛造好的棒材上取樣進行時效熱處理實 驗，鍛造好的棒材650°C蠕變斷裂強度為183MPa。
[0021 ]本發(fā)明的具體技術方案實施例如下：
[0022]實施例1:
[0023] 取Ti-22A^25Nb合金加熱到800°C，并保溫5個小時，隨后水澤至室溫。
[0024] 采用該工藝處理后的Ti2AlNb合金組織中其等軸粒徑為430納米，板條粒徑為1.32 微米，其650°C蠕變斷裂強度為200MPa。
[0025] 實施例2:
[00%] 取Ti-22A^25Nb合金加熱到96rC，并保溫1個小時，隨后水澤至室溫。
[0027] 采用該工藝處理后的Ti2AlNb合金組織中其等軸粒徑為452納米，板條粒徑為1.41 微米，其650°C蠕變斷裂強度為192MPa。
[002引實施例3:
[00巧]取Ti-22A^25Nb合金加熱到630°C，并保溫5個小時，隨后水澤至室溫。
[0030] 采用該工藝處理后的Ti2AlNb合金組織中其等軸粒徑為456納米，板條粒徑為1.43 微米，其650°C蠕變斷裂強度為194MPa。
[0031] 實施例4:
[0032] 取Ti-22A^25Nb合金加熱到820°C，并保溫2個小時，隨后水澤至室溫。
[0033] 采用該工藝處理后的Ti2AlNb合金組織中其等軸粒徑為416納米，板條粒徑為1.23 微米，其650°C蠕變斷裂強度為225MPa。
[0034] 本發(fā)明提出的一種Ti2AWb合金(0+B2)兩相區(qū)時效組織細化方法并提高合金的高 溫蠕變斷裂強度的方法，從原理上有別于傳統(tǒng)時效處理組織逐漸粗化并導致其高溫蠕變斷 裂強度下降，有效利用了利用02相^0相轉變過程a2相的碎片化，在恰當?shù)?0+B2)兩相區(qū)時 效溫度和時效時間組合下獲得了細密的（0+B2)組織，從而提高了合金的高溫性能。已通過 實施例進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本發(fā)明的內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所 述的制作方法進行改動或適當變更與組合，來實現(xiàn)本發(fā)明的技術。特別需要指出的是，所有 相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精 神、范圍和內(nèi)容中。
【主權項】
1. 一種Ti2AlNb合金(0+B2)兩相區(qū)時效組織細化方法，其特征是步驟如下： (1) 將Ti2AlNb合金經(jīng)鍛造后，加熱至(0+B2)兩相區(qū)并保溫1~5個小時，隨后水淬并冷 卻至室溫； (2) 利用〇2相-0相轉變過程α2相的碎片化，通過(0+B2)兩相區(qū)等溫1~5小時時效后獲 得細化組織。
【文檔編號】C22F1/18GK106048486SQ201610631527
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月2日
【發(fā)明人】劉永長, 黃勇, 郭倩穎, 蔡奇, 王穎
【申請人】天津大學