[发明专利]一种无污染高效细化钛铝合金方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无污染高效细化钛铝合金的方法。

背景技术

就传统冶金法而言，钛铝合金铸造后所得组织非常粗大，且存在非常严重的偏析和缺陷，室温塑性非常差、脆性非常大，并且难以成型。必须经过合金化、热处理、塑性变形等方式才能细化显微组织提高室温塑性和高温强度等，才能满足材料应用的需要。对于钛铝合金细化可通过凝固过程进行细化和固态相变细化，而凝固过程进行细化钛铝合金是主要细化途径。如：第一、二代钛铝基合金可通过添加合金化元素通过固溶强化或塑性变形来细化组织提高合金的塑性及抗氧化、抗蠕变性能。然而现在对钛铝合金的发展，要求继续提高其性能和使用温度，以满足各行业的需求。传统冶金法对材料细化凝固组织虽然有比较显著的效果，但是对于材料的可重复性利用却有不尽人意之处。其中，采用超声技术对合金熔体进行处理正符合该发展方向，它是一种无污染、高效率及发展潜力很大的新型技术，但超声波应用于钛铝合金熔炼过程在国内外鲜见报道，这主要是由于钛铝合金在熔体状态其活性非常大，需要真空状态和保护气氛；加之超声波换能器的使用又有一定的温度限制，并且在真空状态下作业，超声波难以引入。

发明内容

本发明是要解决传统冶金法钛铝合金铸造后所得组织粗大，且存在非常严重的偏析和缺陷，室温塑性非常差、脆性非常大，并且难以成型的问题，而提供了一种无污染高效细化钛铝合金方法。

一种无污染高效细化钛铝合金方法,它按以下步骤实现：

步骤一、在真空室内，物料放置在钛铝合金熔体熔炼装置的棒料层之中，置于线圈的最中间；

步骤二、将于线圈与电极相连；其中，所述线圈的内径为数量8匝，所述电极为单相交流电；

步骤三：将超声波发生器通过连接杆固定在上定位装置上；

步骤四、通过上定位装置将T8钢工具头与模壳顶面相接触；

步骤五、开启真空泵，将真空室内气压抽真空至1Pa以下，然后反充高纯氩气至300Pa，重复3～5次操作，最后一次要充氩气至7.5×10⁴Pa；

步骤六、线圈施加功率，加热功率为5～15kW，加热时间5～15min；

步骤七、卸载功率时，利用超声波发生装置加入超声波，超声处理时间为0～90s；

步骤八、真空室内通入空气，打开真空室，取出并打碎模壳，获得细化的钛铝棒。

本发明具有以下优点：

一、本发明方法中钛铝合金的棒料是在氧化钇模壳中熔化，避免熔体污染，进而实现将超声波间接导入到钛铝合金熔体中。二、本发明方法使用超声波处理钛铝合金熔体具有无污染、高效率可循环利用材料的优点。三、本发明方法使用超声波处理合金熔体，凝固后所得组织可以明显得到细化、更加均匀，合金的性能也得到不同程度的提高，见图3。

随着超声时间的增加，细化效果越来越好。超声波介入使铸锭由柱状晶组织向等轴晶转变，超声时间90s时，完全得到非常细小的等轴晶，其片层团尺寸由30s时1004.7μm降低到88.1μm，细化了11倍。

超声处理Ti-46Al-0.5Si-0.5W-0.3Y合金，随着超声时间的增加，析出物明显减少，使组织成分更均匀。随着超声时间的增加，合金的抗压强度会增大，当超声时间为90s时可达到压缩强度超过1700MPa。

超声波作用钛铝合金熔体增加熔体的流动会引起枝晶臂断裂、熔断，成为新的形核质点，增加了形核率，此外由声压作用会引起晶粒的再结晶，转变为细小的等轴晶。

附图说明

图1本发明装置的示意图；

图2是图1中Ⅰ的局部放大图；

图3(a)是超声波处理0s对铸锭组织切面的影响图；

图3(b)是超声波处理30s对铸锭组织切面的影响图；

图3(c)是超声波处理60s对铸锭组织切面的影响图；

图3(d)是超声波处理90s对铸锭组织切面的影响图；

图4(a)是加热功率为6kW对超声处理铸锭群的影响图；

图4(b)是加热功率为8kW对超声处理铸锭群的影响图；

图4(c)是加热功率为10kW对超声处理铸锭群的影响图；

图5(a)加热时间为6min对超声处理铸锭试样宏观组织照片图；

图5(b)加热时间为8min对超声处理铸锭试样宏观组织照片图；

图5(c)加热时间为10min对超声处理铸锭试样宏观组织照片图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种无污染高效细化钛铝合金方法，它按以下步骤实现：