[发明专利]处理铝化钛金属间组合物的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请请求美国临时申请号61/614,751(2012年3月23日提交)的权益，其内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总的涉及含有钛和铝的组合物及其处理。更特别地，本发明涉及处理铸件铝化钛金属间组合物的方法，该方法带有热等静压(hot isostatic pressing)和热处理以闭合多孔结构并产生期望的微观结构。

背景技术

因为重量和耐高温强度是气体涡轮发动机设计中主要的考虑，所以持续努力以制造在升高的温度下具有高强度的相对轻重量的合金/组合物。在本领域中熟知，钛基合金体系具有适合于相对高温应用的机械性质。钛基合金的高温性能已通过使用基于铝化钛化合物Ti₃Al(阿尔法-2(α-2)合金)和TiAl(伽马(γ)合金)的钛金属间体系而提高。这些铝化钛金属间化合物(或，为方便起见，TiAl金属间物)一般特征在于相对轻的重量，然而已知其能在升高的温度下呈现高的强度、蠕变强度和耐疲劳性。已知铬和铌的添加促进TiAl金属间物的某些性质，例如氧化抗性、延性、强度等。作为非限制性实例，Huang的美国专利号4,879,092公开一种具有Ti_46-50Al_46-50Cr₂Nb₂的近似式(或名义上约Ti-48Al-2Cr-2Nb)的铝化钛金属间组合物。认为该合金(本文称为48-2-2合金)具有最多约1400℉(约760℃)的名义温度性能，具有最多约1500℉(约815℃)的有用但减低的性能。在用于商用飞行器的气体涡轮发动机中，48-2-2合金很适合用于低压涡轮叶片(LPTB)应用。

从TiAl金属间物生产组件由于它们相对低的延性以及典型期望这些组合物可挤出、可锻、可轧和/或可铸而变复杂。一般进行热等静压(HIP)以消除铝化钛金属间物铸件中的内部空隙和微孔结构。因为一般在HIP后进行的不受控的冷却速率不能有效产生期望的微观结构，对HIP后热处理的响应性是另一个期望的特征以取得特定应用所需的微观结构和机械性质。

HIP循环一般与铸件处理中的热处理循环独立。例如，使用图3所示的过程在48-2-2合金的铸件中获得了期望的微观结构和机械性质。在生产铸件之后，进行HIP前热处理，温度范围为约1800-约2000℉(约980-约1090℃)且持续时间为约5-12小时。其后，将铸件冷却和转移到HIP室，然后在约2165℉下经受高压HIP步骤(例如，25ksi(约1720bar)或更高)约3小时的持续时间。然后将经HIP的铸件冷却，从HIP室移出，然后在约2200℉的温度下经受HIP后固溶处理约2小时的持续时间。该序列需要使用至少二个不同容器并将铸件从这些容器装载和卸载三次。除引起额外的成本和循环时间外，该过程已经与铝从铸件表面的损失相联系，其导致降低的环境和/或机械性质。

意外地，例如通过旋转铸造从48-2-2合金生产，用来生产低压涡轮叶片的终形铸件(net-shape casting)并未对上述热处理过程或对常规TiAl铸件采用的其它过程(例如重力铸造(gravity casting)和积压铸件(overstock casting))响应良好。特别地，通过终形铸造方法加工的48-2-2合金终形铸件不产生含有等轴和层状γTiAl形态的期望的双重微观结构，这些形态提高铸件的延性，特别是当层状结构的体积分数为约10-约90％时，特别是如果层状结构的体积分数为约20-约80％且理想地为约30-约70％。图1和图2是显示存在于两个常规TiAl铸件的期望的双重微观结构的显微照片。

鉴于上文，需要一种方法，其能处理TiAl金属间物(包括但不限于48-2-2合金的终形几何形状)以产生含有等轴和层状形态的双重微观结构。还期望这种方法不需要其中铸件需要在多个不同容器之间转移的序列。

发明内容

本发明提供能处理含有钛和铝的组合物，尤其是基于TiAl(γ)金属间化合物的铝化钛金属间组合物(TiAl金属间物)，以产生期望的微观结构的方法。该方法具有在单个容器中进行的进一步的能力，得到相比常规方法较不复杂的过程，所述常规方法用于生产需要空隙闭合(例如通过HIP)和热处理的组合物。