專利名稱：高塑性鈦-鋁金屬間化合物基合金的制作方法
技術領域：
本發明屬于鈦合金領域。主要適用于制造航空航天用發動機零部件，特別是渦輪盤、葉片以及滾珠;也可用于汽車發動機的增壓渦輪、排氣閥等要求質輕的高溫零部件。
TiAl金屬間化合物基合金，由于具有優異的高溫蠕變比強度和比剛度，以及良好的抗氧化性能，被認為是理想的航空航天用材，近年來，日趨受到廣泛重視。但由于此類金屬間化合物所固有的極差的室溫塑性和高溫加工性能，阻礙了它的直接應用。為此，近年來世界各國都在爭相研究改善TiAl基合金室溫塑性的有效途徑，并發明了一些新的TiAl基合金，如日本專利平1-255632、平1-259139、平1-312048以及美國專利US4879092、US4842829、US4857268等均研究和提供了TiAl基合金，室溫塑性普遍得到了提高。但上述專利或專利申請僅僅著重于改善室溫塑性的研究，而忽略了合金的高溫加工性能的研究，致使所發明的合金未能得到實際應用。
本發明的目的在于提供一種既有優異的室溫塑性，又有良好的高溫加工性能的高塑性TiAl金屬間化合物基合金。
根據上述目的，本發明在合金成分設計的原理上，同時考慮了合金的室溫塑性和高溫加工性能的良好匹配，即兩者都要提高。一方面是應用Cr和V兩元素的合理復合，保證合金具有優異的室溫塑性;另一方面采用微量元素Mg的合金化，在不降低室溫塑性，甚至有利室溫塑性的同時，顯著改善合金的高溫加工性能。
基于上述依據，本發明所設計的高塑性TiAl金屬化合物基合金的化學成分(wt%)為Al30～34%，Cr1～6%，V1～6%，Mg0.001～0.5%，余為Ti。
經研究發現，加入的微量元素Mg主要偏聚于晶界及相界上，這就增強了合金在鑄態狀態下，組織呈片狀結構時晶界之間及相界之間的結合強度，使之其室溫塑性較現有合金大幅度提高;另一方面，由于晶界、相界結合強度的提高，抑制了高溫變形時晶界、相界裂紋的早期萌芽，提高了合金的高溫加工性能。圖1給出了加Mg的和未加Mg的TiAl基合金的高溫加工性能，由圖看出，微量Mg能顯著改善TiAl基合金的高溫加工性能。
本發明合金可采用自耗電爐或特殊冷坩堝感應爐冶煉，澆注成錠后，可采用恒溫鍛造或擠壓等方法進行高溫變形，再經熱處理獲得所需的合金材料;本發明合金經冶煉后，也可直接以鑄造合金形式，應用精密鑄造方法制造汽車增壓渦輪等零部件。
本發明合金的室溫塑性可達4.8%，創目前國際上TiAl基合金室溫塑性的最高水平;同時，高溫加工性能好。可進行高溫鍛造或擠壓。由于高溫加工性能的改善，在保證一定變形時的情況下，可使變形溫度較大幅度降低和變形速率大幅度升高，大大提高其熱加工成形效率;另外，由于變形溫度的降低和變形速率的提高，合金在熱加工成形后，可得到細小的動態再結晶組織，為隨后力學性能和組織控制提供了充分保證。
與現有技術相比，本發明合金不僅具有優異的室溫塑性，而且還具有良好的熱加工性能，能在高溫下加工成形，制造所需的零部件。
附圖為本發明合金(Ti-33.8Al-2Cr-4.5V-0.007Mg，與對比合金(Ti-34Al-1.8Cr-4.3V)的熱加工成形圖。圖中，橫座標為溫度(k)，縱座標為應變速率
(1/S)，曲線1為本發明合金，曲線2為對比合金。每一曲線以下的區域為相應的合金可成功變形80%而不產生裂紋的范圍。由圖看出，本發明加Mg元素使可加工性區域大大增加。
實施例根據本發明上述的化學成分，在自耗電弧爐上冶煉了本發明高塑性TiAl金屬間化合物基合金3爐，其具體化學成分如表1所述。每爐的熔融合金一部分直接澆注為鑄件及試樣，另一部分澆注成錠，隨后進行恒溫鍛造和熱處理。將鑄造狀態和熱加工狀態的試樣，進行室溫拉伸試驗，其結果列入表2。
為了對比，在冶煉時，在同一自耗電弧爐上還冶煉了3爐不加Mg元素的對比合金，試樣也分鑄造狀態和熱加工狀態兩種，同時也進行拉伸試驗，其化學成分和拉伸試驗結果分別列入表1和表2。
表1實施例本發明合金與對比合金的化學成分(wt%)
權利要求
一種塑性TiAl金屬間化合物基合金，其特征在于化學成分(Wt%)為Al 30～34%，Cr 1～6%，V 1～6%，Mg 0.001～0.5%，余為Ti。
全文摘要
本發明系一種高塑性TiAl金屬間化合物基合金。其化學成分(wt％)為Al30～34％，Cr1～6％，V1～6％，Mg0.001～0.5％，余為Ti。加入的Mg主要偏聚于晶界和相界上，大大提高了晶界和相界的結合強度。本發明不僅具有優異的室溫塑性，還具有良好的熱加工性能，可進行高溫變形，制造所需的零部件。主要適用于制造航空航天用發動機零部件以及汽車發動機要求質輕的零部件。
文檔編號C22C14/00GK1070951SQ92110539
公開日1993年4月14日 申請日期1992年9月14日 優先權日1992年9月14日
發明者蒲忠杰, 鄒敦敘, 仲增墉, 石建東 申請人:冶金工業部鋼鐵研究總院