[发明专利]一种铸造TiAl合金中碳化物的细化方法

说明书

本发明属于TiAl合金的热处理领域，具体涉及一种铸造TiAl合金中碳化物的细化方法。该铸造TiAl合金中碳化物的细化方法包括以下步骤：(1)将铸态TiAl合金进行高温回溶处理；所述高温回溶处理的温度为1350～1500℃，炉冷，得到回溶态TiAl合金；(2)将回溶态TiAl合金进行中温循环退火，所述中温循环退火是循环进行中温退火处理1～10次；所述中温退火处理的温度为1000～1300℃，炉冷或空冷。经本发明处理后该铸造合金中微米级的一次粗大碳化物被细化为高密度的纳米级二次碳化物，碳化物的尺寸可减小94％，且二次碳化物为热力学更稳定存在的Tisubgt;2/subgt;AlC。

技术领域

本发明属于TiAl合金的热处理领域，具体涉及一种铸造TiAl合金中碳化物的细化方法。

背景技术

TiAl金属间化合物合金是一种新型轻质高温结构材料，因其密度低、熔点高、比强度和比模量高，在高温下抗氧化和抗蠕变性能高等优良的物理和力学性能，被认为是最有潜力在650℃～800℃温度范围内替代镍基高温合金，用于生产低压涡轮叶片的理想减重材料。

高Nb-TiAl合金是一种使用温度更高的TiAl合金，具有高的强度、低的蠕变速率，使用温度有望高达850-900℃。高Nb-TiAl合金添加C元素产生的固溶和析出强化能够显著提高合金的高温强度和高温蠕变性能。在工业上，TiAl合金主要是通过铸造工艺生产的，这是最经济的方法。采用这种方法，C的量一般控制在合金的固溶度极限内。这只是添加微量的C来提供有限的固溶强化。而第二相沉淀强化是金属强化的另一种有效方法。在铸态TiAl合金中，当C含量略超过合金的固溶极限时，在凝固过程中就会析出碳化物。然而，C原子在液固共存的高温下条件下，会在合金的凝固前沿聚集，生成的碳化物迅速长大，这导致析出的一次碳化物往往较为粗大。铸造过程中形成的粗大碳化物不利于合金力学性能的提高，极粗的碳化物甚至会破坏合金的力学性能。大量研究表明，合金中高密度细小的析出相往往对其性能有积极的强化作用。因此，需要在高Nb-TiAl合金铸态组织中获得高密度细小的碳化物析出相，从而实现固溶和析出相相结合的强化。

申请公布号为CN114921735A的中国发明专利申请公开了改善铸造用高Nb-TiAl合金力学性能的热调控方法，其对合金铸锭通过确定α相变温度，在α相变温度以下10℃～30℃和140MPa～180MPa的压力下的热等静压处理，在750℃～950℃下的时效热处理，炉冷，制得碳化物析出相，强化了高Nb-TiAl合金。

但以上方法对析出强化碳化物的调控依赖于昂贵的热等静压设备等，合金中C含量低，初始铸造组织中无碳化物，致使后续时效处理析出的碳化物量少，对合金的强化程度有限。而高密度析出的均匀细小碳化物是进一步提高合金高温强度和蠕变抗力的关键因素，但目前针对铸造TiAl合金中一次粗大碳化物的消除和高密度二次细小碳化物析出的热处理技术仍未出现。

发明内容

本发明的目的是提供一种铸造TiAl合金中碳化物的细化方法，为铸造TiAl合金中一次粗大碳化物的消除和高密度二次细小碳化物析出提供了可实现的热处理技术，对铸造合金中碳化物的尺寸、分布和含量状态进行有效调控。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种铸造TiAl合金中碳化物的细化方法，所述TiAl合金的原子百分比组成为：Al42～49％、Nb 2～9％、C 0.2～1.5％，其余为Ti；所述细化方法包括以下步骤：

(1)将铸态TiAl合金进行高温回溶处理；所述高温回溶处理的温度为1350～1500℃，时间为5～120min，炉冷，得到回溶态TiAl合金；

(2)将回溶态TiAl合金进行中温循环退火，所述中温循环退火是循环进行中温退火处理1～10次；所述中温退火处理的温度为1000～1300℃，时间为10min～48h，炉冷或空冷。