本技术介绍了一种创新的制备技术,用于制造具有层状双态组织的β凝固γ-TiAl合金。该技术旨在提升合金的室温塑性及抗蠕变性能。通过水冷铜坩埚真空感应凝壳熔炼技术制备合金铸锭,随后在中温、恒载、低应变速率条件下进行蠕变成形,并确定α相转变温度后进行短时热处理。这种层状异质结构的合金展现出优异的抗蠕变性能,同时降低了生产成本。该方法不仅提高了β凝固γ-TiAl合金的性能,还为合金制备领域带来了新的技术突破。
背景技术
航空工业的快速发展对航空发动机的推重比、使役寿命与服役温度极限等指标提出了更高的要求。除结构设计与优化外,研制新型高温轻质结构材料成为实现发动机轻量化、高运载效率及低NOx排放量的主要途径。现阶段广泛应用的镍基高温合金与高温钛合金均已趋近于各自的服役极限。因此,亟需开发一种轻质、高强、耐高温的新型结构材料。近几十年来,由于低密度、高比强度与比模量、良好的抗氧化性等优异性能,TiAl合金吸引了国内外材料科学界与工程界的广泛关注。目前TiAl合金已在航空发动机等领域相继成功应用。2006年,GE公司研制的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金低压涡轮叶片在波音787飞机的GEnx-1B发动机上应用。2014年,新型β凝固γ-TiAl合金低压涡轮叶片在空客A320neo飞机上实现首飞。目前,β凝固γ-TiAl合金因其凝固组织均匀、高温变形能力强等优势成为TiAl合金领域一大热点研究方向。
TiAl合金包含四种典型的显微组织,其中,双态组织主要由均匀分布的α2/γ片层团和γ等轴晶组成。具有双态组织的TiAl合金往往展现出较好的塑性,但抗蠕变性能不足。众所周知蠕变抗力不足会极大地限制TiAl合金的服役温度极限,因此,有必要提高抗蠕变性能。为了提高TiAl合金的抗蠕变性能,大多向合金中引入沉淀颗粒,例如碳化物、硅化物和氧化钇等。然而,这些沉淀颗粒的分布不均匀会导致强化效果不稳定。最近,“异质结构”概念逐渐被广大学者所接受,通过构筑异质结构可以发挥背应力强化,从而大幅改善合金性能。常见的异质结构为层状异质结构。目前,获得异质结构的途径主要包括增材制造、等径角挤压、轧制、热压烧结等。然而,上述方法均存在各自缺陷:(1)增材制造:成本昂贵、合金部件尺寸受限以及对原始粉末质量要求极高;(2)等径角挤压和轧制:对于脆性TiAl合金,加工窗口狭窄,易开裂;(3)热压烧结:在混粉过程中极易引入其他杂质而降低了最终合金的性能稳定性。因此,有必要寻求一种适合于脆性TiAl合金的可获得层状异质结构的新方法。
基于上述分析,为了提高β凝固γ-TiAl合金的抗蠕变性能,促进其在更高的温度下服役,有必要向此合金中引入异质结构。
实现思路