專利名稱：高塑性鈦-鋁金屬間化合物基合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鈦合金領(lǐng)域。主要適用于制造航空航天用發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，特別是渦輪盤、葉片以及滾珠;也可用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓渦輪、排氣閥等要求質(zhì)輕的高溫零部件。
TiAl金屬間化合物基合金，由于具有優(yōu)異的高溫蠕變比強(qiáng)度和比剛度，以及良好的抗氧化性能，被認(rèn)為是理想的航空航天用材，近年來(lái)，日趨受到廣泛重視。但由于此類金屬間化合物所固有的極差的室溫塑性和高溫加工性能，阻礙了它的直接應(yīng)用。為此，近年來(lái)世界各國(guó)都在爭(zhēng)相研究改善TiAl基合金室溫塑性的有效途徑，并發(fā)明了一些新的TiAl基合金，如日本專利平1-255632、平1-259139、平1-312048以及美國(guó)專利US4879092、US4842829、US4857268等均研究和提供了TiAl基合金，室溫塑性普遍得到了提高。但上述專利或?qū)＠暾?qǐng)僅僅著重于改善室溫塑性的研究，而忽略了合金的高溫加工性能的研究，致使所發(fā)明的合金未能得到實(shí)際應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于提供一種既有優(yōu)異的室溫塑性，又有良好的高溫加工性能的高塑性TiAl金屬間化合物基合金。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明在合金成分設(shè)計(jì)的原理上，同時(shí)考慮了合金的室溫塑性和高溫加工性能的良好匹配，即兩者都要提高。一方面是應(yīng)用Cr和V兩元素的合理復(fù)合，保證合金具有優(yōu)異的室溫塑性;另一方面采用微量元素Mg的合金化，在不降低室溫塑性，甚至有利室溫塑性的同時(shí)，顯著改善合金的高溫加工性能。
基于上述依據(jù)，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的高塑性TiAl金屬化合物基合金的化學(xué)成分(wt%)為Al30～34%，Cr1～6%，V1～6%，Mg0.001～0.5%，余為Ti。
經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，加入的微量元素Mg主要偏聚于晶界及相界上，這就增強(qiáng)了合金在鑄態(tài)狀態(tài)下，組織呈片狀結(jié)構(gòu)時(shí)晶界之間及相界之間的結(jié)合強(qiáng)度，使之其室溫塑性較現(xiàn)有合金大幅度提高;另一方面，由于晶界、相界結(jié)合強(qiáng)度的提高，抑制了高溫變形時(shí)晶界、相界裂紋的早期萌芽，提高了合金的高溫加工性能。圖1給出了加Mg的和未加Mg的TiAl基合金的高溫加工性能，由圖看出，微量Mg能顯著改善TiAl基合金的高溫加工性能。
本發(fā)明合金可采用自耗電爐或特殊冷坩堝感應(yīng)爐冶煉，澆注成錠后，可采用恒溫鍛造或擠壓等方法進(jìn)行高溫變形，再經(jīng)熱處理獲得所需的合金材料;本發(fā)明合金經(jīng)冶煉后，也可直接以鑄造合金形式，應(yīng)用精密鑄造方法制造汽車增壓渦輪等零部件。
本發(fā)明合金的室溫塑性可達(dá)4.8%，創(chuàng)目前國(guó)際上TiAl基合金室溫塑性的最高水平;同時(shí)，高溫加工性能好?？蛇M(jìn)行高溫鍛造或擠壓。由于高溫加工性能的改善，在保證一定變形時(shí)的情況下，可使變形溫度較大幅度降低和變形速率大幅度升高，大大提高其熱加工成形效率;另外，由于變形溫度的降低和變形速率的提高，合金在熱加工成形后，可得到細(xì)小的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶組織，為隨后力學(xué)性能和組織控制提供了充分保證。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明合金不僅具有優(yōu)異的室溫塑性，而且還具有良好的熱加工性能，能在高溫下加工成形，制造所需的零部件。


附圖為本發(fā)明合金(Ti-33.8Al-2Cr-4.5V-0.007Mg，與對(duì)比合金(Ti-34Al-1.8Cr-4.3V)的熱加工成形圖。圖中，橫座標(biāo)為溫度(k)，縱座標(biāo)為應(yīng)變速率

(1/S)，曲線1為本發(fā)明合金，曲線2為對(duì)比合金。每一曲線以下的區(qū)域?yàn)橄鄳?yīng)的合金可成功變形80%而不產(chǎn)生裂紋的范圍。由圖看出，本發(fā)明加Mg元素使可加工性區(qū)域大大增加。
實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明上述的化學(xué)成分，在自耗電弧爐上冶煉了本發(fā)明高塑性TiAl金屬間化合物基合金3爐，其具體化學(xué)成分如表1所述。每爐的熔融合金一部分直接澆注為鑄件及試樣，另一部分澆注成錠，隨后進(jìn)行恒溫鍛造和熱處理。將鑄造狀態(tài)和熱加工狀態(tài)的試樣，進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)，其結(jié)果列入表2。
為了對(duì)比，在冶煉時(shí)，在同一自耗電弧爐上還冶煉了3爐不加Mg元素的對(duì)比合金，試樣也分鑄造狀態(tài)和熱加工狀態(tài)兩種，同時(shí)也進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，其化學(xué)成分和拉伸試驗(yàn)結(jié)果分別列入表1和表2。
表1實(shí)施例本發(fā)明合金與對(duì)比合金的化學(xué)成分(wt%)

權(quán)利要求
一種塑性TiAl金屬間化合物基合金，其特征在于化學(xué)成分(Wt%)為Al 30～34%，Cr 1～6%，V 1～6%，Mg 0.001～0.5%，余為Ti。
全文摘要
本發(fā)明系一種高塑性TiAl金屬間化合物基合金。其化學(xué)成分(wt％)為Al30～34％，Cr1～6％，V1～6％，Mg0.001～0.5％，余為Ti。加入的Mg主要偏聚于晶界和相界上，大大提高了晶界和相界的結(jié)合強(qiáng)度。本發(fā)明不僅具有優(yōu)異的室溫塑性，還具有良好的熱加工性能，可進(jìn)行高溫變形，制造所需的零部件。主要適用于制造航空航天用發(fā)動(dòng)機(jī)零部件以及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)要求質(zhì)輕的零部件。
文檔編號(hào)C22C14/00GK1070951SQ92110539
公開(kāi)日1993年4月14日 申請(qǐng)日期1992年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月14日
發(fā)明者蒲忠杰, 鄒敦?cái)? 仲增墉, 石建東 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院