[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN103820677B - 一种含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料及其制备方法 - Google Patents

一种含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103820677B
CN103820677B CN201410090759.3A CN201410090759A CN103820677B CN 103820677 B CN103820677 B CN 103820677B CN 201410090759 A CN201410090759 A CN 201410090759A CN 103820677 B CN103820677 B CN 103820677B
Authority
CN
China
Prior art keywords
intermetallic compound
novel
tial intermetallic
height
melt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201410090759.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103820677A (zh
Inventor
陈子勇
宫子琪
周峰
柴丽华
相志磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201410090759.3A priority Critical patent/CN103820677B/zh
Publication of CN103820677A publication Critical patent/CN103820677A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103820677B publication Critical patent/CN103820677B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

一种含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料及其制备方法,属于金属间化合物材料。其元素的摩尔百分含量为:43%~45%的Al、5~15%的Nb、不高于1%的Mn和余量的Ti及不可避免的杂质。按照组成将原料通过金属压块机进行压块成型,自下而上各层分别为海绵钛层、高纯铝层、铝铌中间合金层、电解锰片层和海绵钛层。将压块放入到水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼炉,抽真空,以20~30kW/min速率将熔炼功率升至160~180kW后停止增加功率,然后在恒定功率下熔炼得熔体,使熔体混合均匀;将熔体浇铸到预热的金属铸型中并将铸型进行离心旋转,并随炉冷却。本发明得到了组织均匀细小且无明显偏析的高铌TiAl合金。

Description

一种含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属间化合物及其制备工艺,尤其涉及一种含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料及其制备方法,属于金属间化合物材料。
背景技术
TiAl金属间化合物具有低密度、良好的高温力学性能和较好的抗高温氧化能力等特点,被认为是二十一世纪最具应用潜力并且有望广泛应用在航空、航天以及汽车等领域的高温结构材料。然而,TiAl金属间化合物室温塑性低和热加工性能差等缺点限制了其广泛应用。数十年来,国内外学者在TiAl金属间化合物的组织与性能方面做了大量的探索与研究。结果显示,引入β相是提高TiAl金属间化合物力学性能和热加工性能的重要手段。而近年来,国内外兴起的高铌TiAl金属间化合物由于其具有良好的综合性能而备受关注。然而关于含有β相的高铌TiAl金属间化合物材料的制备及Mn在高铌TiAl合金中的物理冶金行为尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过添加β相稳定元素Mn得到含有β相的组织,进而改善材料性能的含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料及制备方法。
本发明的一种含Mn高铌新型β-γTiAl金属间化合物材料,其特征在于,其元素的摩尔百分含量为:43%~45%的Al、5~15%(优选8%)的Nb、不高于1%的Mn和余量的Ti及不可避免的杂质。
本发明的含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物的制备方法,通过下述步骤实现的:
(1)、称取如下原料:海绵钛、高纯铝、铝铌中间合金和电解锰片;其中控制Al、Nb、Mn和Ti元素的摩尔百分含量为43%~45%的Al、5~15%的Nb、不高于1%的Mn和余量为Ti及不可避免的杂质;
(2)、将步骤(1)称得的原料通过金属压块机进行压块成型,压块时自下而上各层分别为海绵钛层、高纯铝层、铝铌中间合金层、电解锰片层和海绵钛层;
(3)将步骤(2)得到的压块放入到可离心浇注的水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼炉中,熔炼前将金属铸型预热至300~400℃,将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉抽真空至1.0~3.0×10-3mbar,以20~30kW/min(优选25kW/min)增长速率将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉熔炼功率升至160~180kW后停止增加功率,然后在恒定功率下熔炼200~250s得熔体,使熔体混合均匀;
(4)将熔体浇铸到预热后的且离心旋转的金属铸型中,离心机转速优选为120r/min,形成含Mn高铌TiAl金属间化合物铸锭,并随炉冷却。
本发明步骤(1)中海绵钛的质量纯度为99.7%,高纯铝的质量纯度为99.99%,铝铌中间合金的质量纯度为99.8%,电解锰片的质量纯度为99.99%;各原料为市售产品。
本发明确定了Mn的最佳加入量范围,在材料凝固过程中,Mn的加入改变了合金的凝固路线,由传统的L→L+β→α→...变为L→L+β→β→...,得到的高铌TiAl金属间化合物材料显微组织非常细小,且无明显偏析出现,形成的β相主要出现在片层晶团晶界处,并呈网状分布。细小均匀、无明显偏析的组织有利于合金的热加工性,改善合金的综合性能。
本发明得到了均匀细小且无明显偏析的的TiAl合金组织,且采用水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼炉熔炼,工艺过程简单易操作。
附图说明
图1实施例1的含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物Ti-43Al-8Nb-0.1Mn铸态合金光学显微组织图;
图2实施例1的含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物Ti-43Al-8Nb-0.1Mn铸态合金X-射线衍射谱图;
图3实施例1的含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物Ti-43Al-8Nb-0.1Mn铸态合金扫描电子显微图;
图4实施例2的含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物Ti-45Al-8Nb-1Mn铸态合金光学显微组织图;
图5实施例2的含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物Ti-45Al-8Nb-1Mn铸态合金X-射线衍射谱图;
图6实施例2的含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物Ti-45Al-8Nb-1Mn铸态合金扫描电子显微图。
图7实施例3的含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物Ti-44Al-8Nb-0.35Mn铸态合金光学显微组织图;
图8实施例3的含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物Ti-44Al-8Nb-0.35Mn铸态合金X-射线衍射谱图;
图9实施例3的含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物Ti-44Al-8Nb-0.35Mn铸态合金扫描电子显微图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明,但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
本实施例的含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料制备通过下述步骤实现:一、称取如下原料:海绵钛、高纯铝、铝铌中间合金和电解锰片,其中Ti48.9at.%、Al43at.%、Nb8at.%、Mn0.1at.%;二、将步骤一称得的原料通过金属压块机进行压块成型,压块时自下而上各层分别为海绵钛层、高纯铝层、铝铌中间合金层、电解锰片层和海绵钛层;三、将步骤二得到的压块放入到可离心浇注的水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼炉中,熔炼前将金属铸型预热至320℃,将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉抽真空至1.0×10-3mbar;四、以25kW/min增长速率将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉熔炼功率升至180kW后停止增加功率,然后在恒定功率下熔炼200s得熔体,使熔体混合均匀;五、将熔体浇铸到预热后的且离心旋转的金属铸型中,离心机转速优选为120r/min,铸锭尺寸为φ50×180mm,并随炉冷却,得到Ti-43Al-8Nb-0.1Mn化合物铸锭。
采用电火花线切割方法从铸锭上切取15×15×10mm试样,金相与扫描试样经金相砂纸从180目磨到2000目,再用电解抛光机精抛;X射线衍射试样经水洗砂纸从180目磨到1000目,再用无水乙醇清洗表面;透射样品为0.5mm的薄片,用砂纸磨到40um厚,再采用双喷减薄技术制备。利用金相显微镜观察Ti-43Al-8Nb-0.1Mn的显微组织发现,TiAl合金的组织呈细小的等轴晶组织,见图1;利用XRD(X射线衍射仪)进行分析发现,合金中除了α2和γ相之外,还有β相出现,见图2;利用扫描电子显微镜和电子探针进行分析发现,白色亮相主要分布在片层晶团晶界处,见图3。
实施例2
本实施方式的含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料制备通过下述步骤实现:一、称取如下原料:海绵钛、高纯铝、铝铌中间合金和电解锰片合金,其中Ti46at.%、Al45at.%、Nb8at.%、Mn1.0at.%;二、将步骤一称得的原料通过金属压块机进行压块成型,压块时自下而上各层分别为海绵钛层、高纯铝层、铝铌中间合金层、电解锰片层和海绵钛层;三、将步骤二得到的压块放入到可离心浇注的水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼炉中,熔炼前将金属铸型预热至400℃,将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉抽真空至2.8×10-3mbar;四、以25kW/min增长速率将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉熔炼功率升至180kW后停止增加功率,然后在恒定功率下熔炼250s得熔体,使熔体混合均匀;五、将熔体浇铸到预热后的且离心旋转的金属铸型中,离心机转速优选为120r/min,铸锭尺寸为φ50×180mm,并随炉冷却,得到Ti-45Al-8Nb-1Mn化合物铸锭。
采用电火花线切割方法从铸锭上切取15×15×10mm试样,金相与扫描试样经金相砂纸从180目磨到2000目,再用电解抛光机精抛;X射线衍射试样经水洗砂纸从140目磨到1000目,再用超声震荡机清洗表面;透射样品为0.5mm的薄片,用砂纸磨到40um厚,再采用双喷减薄技术制备。利用金相显微镜观察Ti-45Al-8Nb-1Mn的显微组织发现,TiAl合金的组织呈细小的等轴晶组织,见图4;利用XRD(X射线衍射仪)进行分析发现,合金中除了α2和γ相之外,还有β相出现,见图5;利用扫描电子显微镜和电子探针进行分析发现,白色亮相主要分布在片层晶团晶界处并呈网状分布,见图6。
实施例3
本实施方式的含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料制备通过下述步骤实现:一、称取如下原料:海绵钛、高纯铝、铝铌中间合金和电解锰片,其中Ti47.65at.%、Al44at.%、Nb8at.%、Mn0.35at.%;二、将步骤一称得的原料通过金属压块机进行压块成型,压块时自下而上各层分别为海绵钛层、高纯铝层、铝铌中间合金层、电解锰片层和海绵钛层;三、将步骤二得到的压块放入到可离心浇注的水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼炉中,熔炼前将金属铸型预热至350℃,将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉抽真空至1.8×10-3mbar;四、以25kW/min增长速率将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉熔炼功率升至170kW后停止增加功率,然后在恒定功率下熔炼230s得熔体,使熔体混合均匀;五、将熔体浇铸到预热后的且离心旋转的金属铸型中,离心机转速优选为120r/min,铸锭尺寸为φ50×180mm,并随炉冷却,得到Ti-44Al-8Nb-0.35Mn化合物铸锭。
采用电火花线切割方法从铸锭上切取15×15×10mm试样,金相与扫描试样经金相砂纸从180目磨到2000目,再用电解抛光机精抛;X射线衍射试样经水洗砂纸从140目磨到1000目,再用超声震荡机清洗表面;透射样品为0.5mm的薄片,用砂纸磨到40um厚,再采用双喷减薄技术制备。利用金相显微镜观察Ti-44Al-8Nb-0.35Mn的显微组织发现,TiAl合金的组织呈细小的等轴晶组织,见图7;利用XRD(X射线衍射仪)进行分析发现,合金中除了α2和γ相之外,还有β相出现,见图8;利用扫描电子显微镜和电子探针进行分析发现,白色亮相主要分布在片层晶团晶界处并呈网状分布,见图9。
实施例4
(1)、称取如下原料:海绵钛、高纯铝、铝铌中间合金和铝钨铌中间合金;其中控制Al、Nb、Mn和Ti元素的摩尔百分含量为43%~45%的Al、8~10%的Nb、0.1-1%的Mn和余量的Ti及杂质;
(2)、将步骤(1)称得的原料通过金属压块机进行压块成型,压块时自下而上各层分别为海绵钛层、高纯铝层、铝铌中间合金层、电解锰片层和海绵钛层;
(3)将步骤(2)得到的压块放入到可离心浇注的水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼炉中,熔炼前将金属铸型预热至300~400℃,将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉抽真空至1.0~3.0×10-3mbar,以20~30kW/min(优选25kW/min)增长速率将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉熔炼功率升至160~180kW后停止增加功率,然后在恒定功率下熔炼200~250s得熔体,使熔体混合均匀;
(4)将熔体浇铸到预热后的且离心旋转的金属铸型中,离心机转速优选为120r/min,形成含Mn高NbTiAl金属间化合物铸锭,并随炉冷却。
采用与实施例1、实施例2和实施例3相同的表征得到的含Mn高铌TiAl金属间化合物材料显微组织细小均匀且无明显偏析,组织中出现了亮白色的β相,主要分布在片层晶团晶界处并呈网状分布。

Claims (7)

1.一种含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料,其特征在于,其元素的摩尔百分含量:43%~45%的Al、5~15%的Nb、不高于1%的Mn和余量的Ti及不可避免的杂质,β相主要出现在片层晶团晶界处,并呈网状分布。
2.按照权利要求1的一种含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料,其特征在于,Nb的摩尔百分含量8%,Mn的摩尔百分含量不高于1%。
3.按照权利要求1的一种含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料,其特征在于,Nb的摩尔百分含量8%,Mn的摩尔百分含量0.1~1%。
4.含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物的制备方法,其特征在于,包括下述步骤:
(1)、称取如下原料:海绵钛、高纯铝、铝铌中间合金和电解锰片;其中控制Al、Nb、Mn和Ti元素的摩尔百分含量为43%~45%的Al、5~15%的Nb、不高于1%的Mn和余量的Ti及杂质;
(2)、将步骤(1)称得的原料通过金属压块机进行压块成型,压块时自下而上各层分别为海绵钛层、高纯铝层、铝铌中间合金层、电解锰片层和海绵钛层;
(3)、将步骤(2)得到的压块放入到可离心浇注的水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼炉中,熔炼前将金属铸型预热至300~400℃,将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉抽真空至1.0~3.0×10-3mbar,以20~30kW/min增长速率将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉熔炼功率升至160~180kW后停止增加功率,然后在恒定功率下熔炼200~250s得熔体,使熔体混合均匀;
(4)、将熔体浇铸到预热后的且离心旋转的金属铸型中,形成含Mn高铌TiAl金属间化合物铸锭,并随炉冷却。
5.按照权利要求4的方法,其特征在于,以25kW/min增长速率将水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼炉熔炼功率升至160~180kW且进行离心浇注成型。
6.按照权利要求4的方法,其特征在于,离心机转速优选为120r/min。
7.按照权利要求4的方法,其特征在于,(1)中海绵钛的质量纯度为99.7%,高纯铝的质量纯度为99.99%,铝铌中间合金的质量纯度为99.8%,电解锰片的质量纯度为99.99%。
CN201410090759.3A 2014-03-12 2014-03-12 一种含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料及其制备方法 Expired - Fee Related CN103820677B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410090759.3A CN103820677B (zh) 2014-03-12 2014-03-12 一种含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410090759.3A CN103820677B (zh) 2014-03-12 2014-03-12 一种含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103820677A CN103820677A (zh) 2014-05-28
CN103820677B true CN103820677B (zh) 2016-03-02

Family

ID=50755961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410090759.3A Expired - Fee Related CN103820677B (zh) 2014-03-12 2014-03-12 一种含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103820677B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105039823A (zh) * 2015-08-26 2015-11-11 哈尔滨工业大学 一种具有细小全层片组织的γ-TiAl金属间化合物铸锭及其制备方法
CN106702211B (zh) * 2016-12-30 2018-03-30 哈尔滨工业大学 一种优化β‑γTiAl合金热加工性能的方法
CN112775436B (zh) * 2020-12-22 2022-05-03 西安交通大学 一种促进钛合金增材制造过程生成等轴晶的制造方法
CN114150181A (zh) * 2021-11-25 2022-03-08 南京理工大学 一种低成本易变形轻质高强TiAl合金及其制备方法
CN117324525B (zh) * 2023-12-01 2024-02-13 苏州森锋医疗器械有限公司 一种髓内钉及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0519849A2 (en) * 1991-06-18 1992-12-23 Howmet Corporation Cr-bearing gamma titanium aluminides and method of making same
TW500807B (en) * 2000-09-13 2002-09-01 Chrysalis Tech Inc Creep resistant titanium aluminide alloys
CN101457314A (zh) * 2007-12-13 2009-06-17 Gkss-盖斯特哈赫特研究中心有限责任公司 钛铝化物合金
CN103074520A (zh) * 2013-01-14 2013-05-01 北京工业大学 一种含Er高铌TiAl金属间化合物材料及其制备方法
CN103409660A (zh) * 2013-08-12 2013-11-27 南京理工大学 一种超细晶粒的新型β/γ-TiAl合金

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0519849A2 (en) * 1991-06-18 1992-12-23 Howmet Corporation Cr-bearing gamma titanium aluminides and method of making same
TW500807B (en) * 2000-09-13 2002-09-01 Chrysalis Tech Inc Creep resistant titanium aluminide alloys
CN101457314A (zh) * 2007-12-13 2009-06-17 Gkss-盖斯特哈赫特研究中心有限责任公司 钛铝化物合金
CN103074520A (zh) * 2013-01-14 2013-05-01 北京工业大学 一种含Er高铌TiAl金属间化合物材料及其制备方法
CN103409660A (zh) * 2013-08-12 2013-11-27 南京理工大学 一种超细晶粒的新型β/γ-TiAl合金

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Deformation mechanism at large strains in a high-Nb-containing TiAL at room temperature;G.L.Chen等;《Materials Science and Engineering》;20021231;第329卷;第163-170页 *
PHASE CHARACTERIZATION OF A HOT-ROLLED Ti-40Al-10Nb ALLOY AT 1000 TO 1200℃;T.H.Yu等;《Scripta Materialia》;19881231;第39卷(第7期);第915-922页 *
Substructures of deformation twins and twin intersections in a Ti-45Al-8Nb-2.5Mn alloy heavily deformed at room temperature;L.C.Zhang等;《Materials Science and Engineering》;20011231;第299卷;第267-274页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103820677A (zh) 2014-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103820677B (zh) 一种含Mn高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料及其制备方法
CN103820676B (zh) 一种Cr、V合金化β相凝固高Nb-TiAl合金及其制备方法
CN103074520A (zh) 一种含Er高铌TiAl金属间化合物材料及其制备方法
CN109161770B (zh) 一种高模量镁合金及其制备方法
CN102319881A (zh) 一种同时制备多根铝合金圆铸锭的设备及其方法
CN108977677A (zh) 一种低压铸造过程中铝合金的变质处理方法
CN103820697B (zh) 一种多元合金化β相凝固高Nb-TiAl合金及其制备方法
TWI617680B (zh) Cu-Ga alloy sputtering target and manufacturing method thereof
CN103695708A (zh) 一种含W高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料及其制备方法
CN110241338A (zh) 一种Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金及其制备方法
CN102465221B (zh) 一种耐海水腐蚀铝合金管及其制备方法
CN104404345A (zh) 一种含τ3相γ-TiAl金属间化合物铸锭及其制备方法
CN101506097B (zh) 金属硅及其制备方法
CN108555297B (zh) 加B感应加热消除激光增材制造TC4合金初生β晶界的方法
CN103820675A (zh) 一种含V高Nb新型β-γTiAl金属间化合物材料及其制备方法
CN102747244A (zh) 复合变质细化铝合金铸态组织的方法
JP5750393B2 (ja) Cu−Ga合金スパッタリングターゲット及びその製造方法
CN103820673B (zh) 一种W、V合金化β相凝固高Nb-TiAl合金及其制备方法
CN103834844B (zh) 一种V、Mn合金化β相凝固高Nb-TiAl合金及其制备方法
CN103820672B (zh) 一种Cr、Mn合金化β相凝固高Nb‑TiAl合金及其制备方法
CN105039783A (zh) Ti2AlC颗粒细化γ-TiAl金属间化合物材料及其制备方法
CN114836667B (zh) 一种轻质高温高熵合金及其杆材制备工艺
CN103710606B (zh) 一种含Cr高Nbβ-γ TiAl金属间化合物材料及其制备方法
CN115896581A (zh) 兼具高强度高弹性的定向凝固TiNiFeCoNb轻质高熵合金及其制备
CN103820674B (zh) 一种W、Mn合金化β相凝固高Nb-TiAl合金及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160302

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee