CN109332693A - 一种激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺，其包括以下步骤：步骤一：将激光增材制造三相Ti2AlNb基合金薄壁制品，将所述薄壁制品放入加热炉中，随炉加热至1100℃，保温0.5‑1h，随后冷却至室温；步骤二：将经过步骤一的所述薄壁制品放入加热炉，随炉加热至920℃，保温2h，随后冷却至室温；步骤三：将经过步骤二的所述薄壁制品放入加热炉中，随炉加热至800℃，保温18‑24h，随后冷却冷至室温。本发明工艺使得材料在保持一定强度的同时，大幅提高了塑性，强度和塑性综合性能优异，为激光增材制造三相Ti2AlNb基合金的工程应用提供了技术基础。

Description

一种激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺
技术领域
本发明属于金属材料及制备技术领域，具体涉及一种激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺。
背景技术
随着航空航天技术的快速发展，轻质耐高温结构材料的需求日益增加。Ti2AlNb基合金作为一种新型轻质高温结构材料，具有高比强度、高断裂韧性、高温抗蠕变等优异的性能，相比传统的镍基高温合金(如GH4169合金)可减重35％左右，在航空航天等领域具有广阔的应用前景。
目前该材料的零件成形需要经过多次合金熔炼、β相区锻造开坯、三相区或两相区锻造或轧制、固溶时效热处理、机械加工以及焊接和焊后热处理等多重热加工及热处理过程，导致该合金零件的原材料及加工成本十分昂贵，研制生产周期长，严重制约了该类高性能材料的应用。
激光增材制造技术具有研制生产周期短、短流程、快速响应、成形柔性度和集成度高等技术特点和优势，近年来在高性能钛合金材料零件的直接成形方面取得应用突破，引起国内外的广泛关注。运用激光增材制造技术近终成形Ti2AlNb基合金零部件，能够解决了传统成型方法带来的一系列问题。
但是，激光增材制造技术制备的沉积态Ti2AlNb基合金组织显著不同于传统的锻造组织，其粗大的B2相晶粒(超过200μm)导致沉积态Ti2AlNb基合金塑性较差，不能满足实际应用的需求，因此需要一种针对激光增材制造沉积态三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺，在满足强度性能的前提下，提高其塑性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于激光增材制造三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺，使成形材料在保证强度性能的基础上，提高塑性，为激光增材制造三相Ti2AlNb基合金的实际应用奠定技术基础。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种激光增材制造三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺。该工艺在Ti2AlNb基合金的B2单相区固溶，消除B2基体中的α2相和O相，冷却过程中晶界和晶内有少量α2相生成；随后B2+O两相区进行保温，晶界和晶内的α2相保留下来，且热处理过程中部分α2相转变为O相，该相变过程伴随着Nb元素的扩散，在富Nb元素区形成O相。相变的具体形式为α2相和B2相发生包析反应转变为O相。热处理后，B2晶内除了α2相，还有大量呈浅灰色的板条状O相，O相尺寸大小不一。大尺寸O相为B2+O两相区高温处理后保留，B2+O两相区低温处理后还会析出大量小尺寸O相，形成双尺寸组织。与沉积态相比，晶内析出相长大明显，晶界析出相宽度相当。
在本发明中，激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺包括以下步骤：
步骤一：将激光增材制造三相Ti2AlNb基合金薄壁制品，将所述薄壁制品放入加热炉中，随炉加热至1100℃，保温0.5-1h，随后冷却至室温；
步骤二：将经过步骤一的所述薄壁制品放入加热炉中，随炉加热至920℃，保温2h，随后冷却至室温；
步骤三：将经过步骤二的所述薄壁制品放入加热炉中，随炉加热至800℃，保温18-24h，随后冷却冷至室温。
进一步，所述三相Ti2AlNb基合金薄壁制品具有激光增材制造的Ti2AlNb基合金的沉积态α2+B2+O三相组织。
进一步，步骤一中所用加热炉为箱式电阻炉，温控精度±5℃，升温速度为10℃/min，冷却方式为空冷。
作为本发明的进一步限定，步骤二中所用加热炉为箱式电阻炉，温控精度±5℃，升温速度为10℃/min，冷却方式为空冷。
作为本发明的进一步限定，步骤三中所用加热炉为箱式电阻炉，温控精度±5℃，升温速度为10℃/min，冷却方式为空冷。
本发明的有益效果在于：
提供一种激光增材制造三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺，激光增材制造三相Ti2AlNb基合金在单相区固溶处理后，α2和O相回溶进基体，B2+O两相区处理后形成大尺寸O相和小尺寸O相共存的双尺寸组织。合金中保留的α2相有利于合金强度的提升；晶内O相发生了明显的粗化，相界面减少，削弱了析出相的强化效果，增加了位错运动时的通过性，使得材料在保持一定强度的同时，大幅提高了塑性，强度和塑性综合性能优异。
附图说明
图1为激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺流程图。
图2为激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的原始沉积态显微组织照片。
图3为激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理态光学显微组织照片。
图4为激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理态扫描电镜显微组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明。
实施例1
一种激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺，原料采用增材制造α2+B2+O三相Ti2AlNb基合金薄壁，尺寸为45mm(宽)×45mm(高)×4mm(厚)。
激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺包括以下步骤：
步骤一：将激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金薄壁放入加热炉中，随炉加热至1100℃，升温速度为10℃/min，保温1h，随后空冷至室温；
步骤二：将经过步骤一的薄壁放入加热炉中，随炉加热至920℃，升温速度为10℃/min，保温2h，随后空冷至室温；
步骤三：将经过步骤二的薄壁放入加热炉中，随炉加热至800℃，升温速度为10℃/min，保温24h，随后空冷至室温。
实施例2
一种激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺，原料采用增材制造α2+B2+O三相Ti2AlNb基合金薄壁，尺寸为50mm(宽)×50mm(高)×4mm(厚)。
激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺包括以下步骤：
步骤一：将激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金薄壁放入加热炉中，随炉加热至1100℃，升温速度为10℃/min，保温0.5h，随后空冷至室温；
步骤二：将经过步骤一的薄壁放入加热炉中，随炉加热至920℃，升温速度为10℃/min，保温2h，随后空冷至室温；
步骤三：将经过步骤二的薄壁放入加热炉中，随炉加热至800℃，升温速度为10℃/min，保温18h，随后空冷至室温。
实施例3
一种激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺，原料采用增材制造α2+B2+O三相Ti2AlNb基合金薄壁，尺寸为50mm(宽)×50mm(高)×3mm(厚)。
激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺包括以下步骤：
步骤一：将激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金薄壁放入加热炉中，随炉加热至1100℃，升温速度为10℃/min，保温0.5h，随后空冷至室温；
步骤二：将经过步骤一的薄壁放入加热炉中，随炉加热至920℃，升温速度为10℃/min，保温2h，随后空冷至室温；
步骤三：将经过步骤二的薄壁放入加热炉中，随炉加热至800℃，升温速度为10℃/min，保温24h，随后空冷至室温。
三相沉积态Ti2AlNb基合金的显微组织如图2所示，按上述三个实施例的工艺参数方法处理过的三相沉积态Ti2AlNb基合金的显微组织如图3、图4所示。其力学性能分别达到：959MPa、5.0％；962MPa、4.9％；950MPa、5.2％。较沉积态1012MPa、1.8％的拉伸性能相比，强度略微下降，但维持在一个较高的水平，延伸率大幅提高，使得激光增材制造三相Ti2AlNb基合金具备了工程应用的前景。
上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将激光增材制造三相Ti2AlNb基合金薄壁制品，将所述薄壁制品放入加热炉中，随炉加热至1100℃，保温0.5-1h，随后冷却至室温；
步骤二：将经过步骤一的所述薄壁制品放入加热炉，随炉加热至920℃，保温2h，随后冷却至室温；
步骤三：将经过步骤二的所述薄壁制品放入加热炉中，随炉加热至800℃，保温18-24h，随后冷却冷至室温。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述三相Ti2AlNb基合金薄壁制品具有激光增材制造的Ti2AlNb基合金的沉积态α2+B2+O三相组织。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤一中所用加热炉为箱式电阻炉，温控精度±5℃，升温速度为10℃/min，冷却方式为空冷。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤二中所用加热炉为箱式电阻炉，温控精度±5℃，升温速度为10℃/min，冷却方式为空冷。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤三中所用加热炉为箱式电阻炉，温控精度±5℃，升温速度为10℃/min，冷却方式为空冷。
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