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公司新聞

含鎳鑄造鈦鋁合金的熱處理工藝
發(fā)布日期:2024-10-22  點(diǎn)擊次數(shù):2564 雙擊自動(dòng)滾屏,單擊停止
許多鈦鋁合金航空及車用發(fā)動(dòng)機(jī)零件采用精密鑄造工藝成型,熱處理成為改善鑄造鈦鋁合金組織的關(guān)鍵技術(shù)之一[1].

        鑄造鈦鋁合金原始鑄態(tài)組織一般為γ-TiAl/α2-Ti3Al層片結(jié)構(gòu)。其層片團(tuán)粗大,層片團(tuán)尺寸及取向分布不均勻[2].在α單相區(qū)高溫?zé)崽幚砜梢詫?shí)現(xiàn)其組織的均勻化[3].但由于原始組織粗大且在高溫下α相晶粒長(zhǎng)大難以控制,得到的鑄造鈦鋁合金全層片組織(fully lamellar-FL)通常仍具有粗大的層片團(tuán)[4].為提高鑄造鈦鋁合金的室溫拉伸塑性,經(jīng)一種多重?zé)崽幚砉に,成功地獲取了鑄造鈦鋁合金細(xì)小全層片組織[5,6].該工藝包括①α單相區(qū)均勻化,②900~1150℃熱循環(huán),③1150℃等溫處理和④重新加熱至略高于Τα溫度短時(shí)等溫處理。但這種熱處理工藝較為復(fù)雜,處理周期較長(zhǎng),不利于工程應(yīng)用。

        本文對(duì)以鎳微合金化的鑄造Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr(原子百分?jǐn)?shù),下同)合金進(jìn)行了熱處理工藝研究,并對(duì)鎳微合金化簡(jiǎn)化鑄造鈦鋁合金組織均勻化、細(xì)化熱處理工藝的作用機(jī)理及含鎳的鈦鋁合金細(xì)小全層片組織的形成機(jī)理作了分析討論。

        1試驗(yàn)材料與方法

        試驗(yàn)材料為含鎳(0.2~0.5)%(原子百分?jǐn)?shù),下同)的鑄造鈦鋁合金Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr(%),采用冷坩堝真空感應(yīng)懸浮爐熔煉,重熔3次后澆入銅模得到φ40mm的鑄錠。30°扇形熱處理試樣從鑄錠上用線切割方法截取。

        熱處理試驗(yàn)在0.133Pa真空下進(jìn)行。參考鑄造Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr合金獲取等軸的近γ組織(near gamma-NG)和細(xì)小全層片組織(fine fully lamellar-FFL)的熱處理制度[5,6],試驗(yàn)溫度和時(shí)間分別取為1150℃×(48~168)h和1370℃×(5~10)min.

        組織觀察在普通光學(xué)和帶偏振光的光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行。金相試樣用(體積百分?jǐn)?shù))1%HF+10%HNO3+89%H2O溶液侵蝕。

        2試驗(yàn)結(jié)果與討論

        觀察發(fā)現(xiàn),(99.8~99.5)%(Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr)+(0.2~0.5)%Ni的合金原始鑄態(tài)為有一定擇優(yōu)取向的全層片組織(圖1),層片團(tuán)尺寸約500~1500μm.該合金組織在1150℃×72h后即出現(xiàn)明顯的層片分段連續(xù)粗化現(xiàn)象(圖2a);經(jīng)過144h等溫處理,原始粗大、不均勻的鑄態(tài)組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я<?xì)小、基本均勻等軸的NG組織(圖2b),其平均晶粒尺寸約30μm.

        圖1(99.8~99.5)(Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr)

        -(0.2~0.5)Ni(%)

        合金原始鑄態(tài)組織

        Fig.1As-castmicrostructureofthe

        (99.8~99.5)(Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr)

        -(0.2~0.5)Nialloy

        圖2鑄造(99.8~99.5)(Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr)

        -(0.2~0.5)Ni(%)

        合金經(jīng)1150℃等溫處理得到的組織

        (a)72h等溫,層片分段連續(xù)粗化組織

        (b)144h等溫,全面等軸化組織。

        Fig.2(a)Thesegmentallycoarsedand

        (b)fullyspheriodizedmicrostructureofthe

        (99.8~99.5)(Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr)

        -(0.2~0.5)Nialloyheat-treatedat1150℃

        for72hand144hrespectively.

        有研究發(fā)現(xiàn),鎳具有擴(kuò)大鈦鋁合金γ單相區(qū)的作用[7],添加(原子分?jǐn)?shù))0.5%以上的鎳可以使Ti-48Al合金轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗唳媒M織。在100倍偏振光金相顯微鏡下旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)360°觀察到,本研究得到的NG組織中有少量的等軸α2晶粒出現(xiàn)明顯的4次明亮后消光現(xiàn)象[8].與文獻(xiàn)[5]研究得到的不含鎳鈦鋁合金NG組織相比,定性地觀察可見含鎳合金NG組織中α2相數(shù)量明顯較少。因而可以定性地說,添加0.2%~0.5%的鎳可使鈦鋁合金在1150℃下α2(或α)→γ相變驅(qū)動(dòng)力增大,則對(duì)層片組織中能量起伏的增強(qiáng)作用加大,促進(jìn)了層片結(jié)構(gòu)中層片形狀擾動(dòng)致層片間斷的發(fā)生[9].這些在相對(duì)較多時(shí)間產(chǎn)生的較多數(shù)量的層片內(nèi)端點(diǎn)有效地促進(jìn)了層片的分段連續(xù)粗化,從而可以使含鎳的鈦鋁合金以較簡(jiǎn)單的熱處理工藝實(shí)現(xiàn)組織的均勻化和細(xì)化。

        試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),鈦鋁合金細(xì)小全層片組織具有最佳的綜合力學(xué)性能[10].因此,將得到的NG組織重新加熱到1370℃保溫5~10min后冷卻得到了層片團(tuán)細(xì)小等軸的全層片組織(圖3),其層片團(tuán)平均尺寸約為50μm,略小于鑄造Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr合金以相同工藝得到的FFL組織層片團(tuán)[6].根據(jù)其層片團(tuán)為等軸狀,且略大于基體NG組織的γ晶粒尺寸,本文認(rèn)為,含鎳鑄造鈦鋁合金FFL組織的形成機(jī)理不同于不含鎳的鈦鋁合金FFL組織[6],而是高溫α相等軸晶粒在γ相基體上形成并略有長(zhǎng)大后冷卻過程中按一般全層片組織形成機(jī)理產(chǎn)生的[11],即冷卻至α+γ兩相區(qū)后γ相在α晶粒中片狀析出構(gòu)成γ/α層片結(jié)構(gòu),然后在冷卻至室溫過程中轉(zhuǎn)變?yōu)棣?α2層片結(jié)構(gòu)。

        圖3鑄造(99.8~99.5)(Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr)

        -(0.2~0.5)Ni(%)

        合金細(xì)小全層片組織形貌。

        Fig.3Metallographicmorphologyof

        theFFLmicrostructureofthecast

        (99.8~99.5)(Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr)

        -(0.2~0.5)Nialloy.

        3結(jié)論

        (1)對(duì)含鎳0.2%~0.5%(原子分?jǐn)?shù))的鑄造Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr合金可以通過較簡(jiǎn)單的1150℃×144h等溫處理使鑄態(tài)粗大不均勻的層片狀組織轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小均勻的等軸的近γ組織。

        (2)將得到的近γ組織重新加熱到1370℃×(5~10)min后冷卻可以得到層片團(tuán)細(xì)小等軸的全層片組織。

信息來源:  文章作者:佚名 
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