一种含有超细纳米孪晶钛铝合金的制备方法

本发明属于金属间化合物材料，具体涉及一种含有超细纳米孪晶钛铝合金的制备方法。

背景技术：

1、tial合金具有低密度、高比强度、耐高温和抗氧化等优点，是唯一可在600℃以上长期使用的轻质耐热高温结构材料。2012年，美国波音787-8发动机(genxtm-1b)最末两级低压涡轮叶片正式应用tial-4822合金，其密度不到镍基高温合金的1/2，使得单台发动机减重200磅，结合设计，实现了节油20％、降噪50％、减少nox排放量80％等综合性效益。

2、tial合金还存在两大不足。一是室温拉伸塑性低(<2％)，必须开发相应的半脆性材料加工、制造以及发动机装配工艺和全新的发动机设计框架，增加了设计与制造成本，且不敢用于前部的压气机。如果能将tial合金室温拉伸塑性提高到3％，就可将其由只在最末两级低压涡轮叶片应用，扩大至前部的压气机叶片，同时可采用常规的设计安装方法，降低设计制造以及维护成本。二是高温强度不足，tial合金在约650～700℃时强度急剧下降，限制了其不能在更高的温度范围替代ni基高温合金。

3、研究表明，在变形过程中形成的纳米孪晶可以改善tial合金的力学性能(参考文献1：chen g等，nat mater.2016；15：876-881)，使得0°片层取向的pst tial单晶在室温和高温下都具有优异的强塑综合力学性能：室温拉伸塑性高达6.9％，屈服强度高达708mpa，断裂强度高达978mpa；900℃时，屈服强度依旧高达637mpa。但该文献纳米孪晶主要为变形过程中产生，且厚度约50nm左右。根据纳米孪晶强韧化已有结果(参考文献2：l.lu等，science.2004；304：422-426.)，纳米孪晶结构越细，强韧化效果越佳。因此，如何在tial合金中引入超细预制纳米孪晶是重要技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种含有超细纳米孪晶钛铝合金的制备方法。通过动态塑性变形可以将超细纳米孪晶引入钛铝合金，有望解决钛铝合金室温拉伸塑性低和高温强度不足两大难题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下所述的技术方案：

3、一种含有超细纳米孪晶钛铝合金的制备方法，利用动态塑性变形将超细纳米孪晶引入钛铝合金，具体包括如下步骤：

4、调节霍普金森压杆设备，将钛铝合金试样放在所述设备的入射杆和透射杆中间，并将入射杆压力设定为0.1～1mpa，变形温度为-196℃～25℃，获得含有超细纳米孪晶的钛铝合金。

5、较佳的，入射杆压力设定为0.1～1mpa，其对应的应变速率为500s-1～6000s-1，应变为0.2～1。

6、较佳的，随着应变速率的增加，制备的超细纳米孪晶钛铝合金中的纳米孪晶厚度逐渐减小，当应变速率为1800s-1时，所含的q型和p型纳米孪晶的厚度分别为11.7±0.27nm和16.0±0.82nm；当应变速率为3000s-1时，所含的q型和p型纳米孪晶的厚度分别为5.0±0.29nm和9.7±0.28nm；当应变速率达到4500s-1时，所含的q型和p型纳米孪晶的厚度分别为3.0±0.30nm和5.9±0.16nm。

7、采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

8、1.本发明利用动态塑性变形技术，通过控制应变速率，制备了含有超细纳米孪晶结构的钛铝合金，有利于解决钛铝合金室温脆性和高温强度不足的难题。

9、2.制备工艺简单，效率高。本发明利用动态塑性变形可以对金属间化合物进行结构改进，成本较低。

技术特征：

1.一种含有超细纳米孪晶钛铝合金的制备方法，其特征在于，调节霍普金森压杆设备，将钛铝合金试样放在所述设备的入射杆和透射杆中间，并将入射杆压力设定为0.1～1mpa，变形温度为-196℃～25℃，获得含有超细纳米孪晶的钛铝合金。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，入射杆压力设定为0.1～1mpa，其对应的应变速率为500s-1～6000s-1，应变为0.2～1。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，随着应变速率的增加，钛铝合金中所含的纳米孪晶厚度逐渐减小，当应变速率为1800s-1时，钛铝合金所含的变形q型纳米孪晶和p型纳米孪晶的厚度分别为11.7±0.27nm和16.0±0.82nm；当应变速率为3000s-1时，所含的变形q型纳米孪晶和p型纳米孪晶的厚度分别为5.0±0.29nm和9.7±0.28nm；当应变速率达到4500s-1时，所含的变形q型纳米和p型纳米孪晶的厚度分别为3.0±0.30nm和5.9±0.16nm。

技术总结本发明公开了一种含有超细纳米孪晶钛铝合金的制备方法，属于金属间化合物材料技术领域。本发明利用动态塑性变形处理，调节霍普金森压杆设备，将钛铝合金试样放在所述设备的入射杆和透射杆中间，并将入射杆压力设定为0.1~1 MPa，变形温度为‑196°C~25°C，获得了含超细纳米孪晶组织的钛铝合金。本发明有望解决钛铝合金室温拉伸塑性低和高温强度不足两大的难题，扩大其在航空航天武器装备领域的应用范围。技术研发人员：陈光,王兵,陈旸,祁志祥,郑功,雷远,逯帆受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13