一种钛铝镍高温合金及其制备方法与流程

本发明涉及高温合金领域，尤其涉及一种钛铝镍高温合金及其制备方法。

背景技术：

1、tial合金具有低密度、高强度和高抗氧化性的特点，这使其成为高温应用的优秀候选者。凭借合金化学性质和显微组织的改进，tial合金己在汽车和航空发动机工业中得到应用。然而，tial合金的缺点是可加工性较差。

2、目前，提高tial合金可加工性的一种方法是添加合金元素以在高温下形成β相。例如，β相可以通过与β同象元素(例如nb、v和ta)或β-共析元素(例如cr、fe、mn、ni和w)合金化来稳定。越来越多的基于β相的合金己在航空航天和汽车工业中得到应用。具有bcc晶格结构的无序β相提供了足够数量的独立滑移系，并且比d相和γ相更软，因此β相稳定的tial合金(例如tialni合金)可以在接近常规的条件下进行热锻造，可加工性较好。

3、然而，现有技术中通过上述方法得到的β相稳定tial合金，在提升材料可加工性的同时，也在一定程度上牺牲了材料的高温性能(在高温条件下的抗压强度和抗蠕变性)。因此，如何获得一种在高温条件下的抗压强度和抗蠕变性的tial合金，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种钛铝镍高温合金的制备方法。本发明通过在tial合金中同时添加c和ce等微量元素以及优化元素比例，同时结合工艺优化，可获得一种钛铝镍高温合金，该合金具有出色的高温抗压强度和抗蠕变性，同时还具有出色耐腐蚀性。

2、本发明的具体技术方案为：

3、第一方面，本发明提供了一种钛铝镍高温合金，按质量百分数计，包括以下化学成分：a1＝45-50％，ni＝2-4％，mo≤3％，c≤0.5％，ce≤0.4％和余量ti。

4、本发明的钛铝镍高温合金中含有a相、γ相、β相以及钉扎位错的、呈颗粒状的ti3alc相；β相的体积分数为5-18％。本发明的钛铝镍高温合金中具有层状结构；层间距范围为150-250nm)。

5、在本发明的钛铝镍高温合金中，al和ti作为主要化学成分，并掺杂有适量的ni、mo、c和ce。具体地：

6、在本发明中，ni和ti能够形成无限固溶的连续固溶体，适量的ni能够抑制合金中不连续析出相的形核和长大，显著提高合金的可加工性。

7、本发明发现，在钛铝镍高温合金中添加适量的c和ce，适当减少β相占比、细化层间距，并进一步诱导ti3alc相颗粒的析出，经检测ti3alc与γ-tial相的取向关系为(001)p//(001)γ和[010]p//[010]γ，这表明ti3alc钉扎了位错，可抑制位错的运动，从而可大幅改善提高高温合金的抗压强度、抗蠕变性等。因此，本发明钛铝镍高温合金高温性能(高温抗压强度和抗蠕变性能)的改善是由ti3alc颗粒的沉淀强化、层状组织的细化、β相占比的减少以及间隙碳元素的固溶强化等综合所致。但是c和ce的含量需要控制，若含量过多，则会导致合金可加工性显著降低。

8、此外，在本发明中，mo元素起到高温抗氧化作用，可细化铸态晶粒组织，抑制晶界反应和晶粒粗化，延缓时效过程中不连续析出物的析出等作用，从而进一步提高钛铝镍高温合金的强度。

9、综上，本发明钛铝镍高温合金兼具出色加工性和出色高温性能(抗压强度和抗蠕变性)，同时还具有出色的导电性和耐腐蚀性。

10、作为优选，所述钛铝镍高温合金按质量百分数计，包括以下化学成分：al＝46-49％，ni＝2-4％，mo≤3％，c≤0.5％，ce≤0.4％，ti＝42-52％。

11、进一步优选地，所述钛铝镍高温合金按质量百分数计，包括以下化学成分：al＝46.5_49％，ni＝2-4％，mo≤3％，c≤0.5％，ce≤0.4％，ti＝42-51.5％。

12、最优选地，所述钛铝镍高温合金按质量百分数计，包括以下化学成分：al＝48％，ni＝4％，mo＝3％，c＝0.5％，ce＝0.4％和ti＝44.1％。。

13、第二方面，本发明提供了一种上述钛铝镍高温合金的制备方法，包括：

14、1)按配比称取各元素单质、合金。

15、2)将tial中间合金，ni和mo添加至熔炼装置中，升温。

16、3)升温至1240-1260℃时，将铝箔包裹ce加至熔融态合金底部。

17、4)升温至1270-1290℃时，将铝箔包裹c加至熔融态合金底部。

18、以铝箔包裹的方式添加ce和c，可防止ce和c在达到熔炼装置底部前氧化。

19、5)升温至1350-1390℃，将熔融态合金水平连铸成棒材。

20、6)对棒材进行均质化，得到成品。

21、作为优选，1)中，所述各单质、合金经过除杂预处理。

22、作为优选，2)中，所述熔炼装置为中频感应炉；进一步优选，所述引铸棒材直径φ＝18-22mm。

23、作为优选，5)中，所述水平连铸的拉坯速度为1.8-2.5m/min。

24、本发明发现，水平连铸过程中的拉坯速度会影响合金的金相结构以及性能。此外，当拉坯速度过低时，会导致铸坯凝固坯壳增大，拉坯阻力增大，容易结牢；当拉坯速度过高时，铸坯凝固坯壳变薄，容易拉漏而出现事故。

25、作为优选，在整个过程中，所述熔炼装置顶部炉口通惰性气体保护，底部通氢气隔绝氧气。

26、作为优选，6)中，所述均质化为先以3-5℃/min由1180-1220℃降至880-920℃，再以4-10℃/min降至室温。

27、本发明发现，均质化工艺会显著影响钛铝镍高温合金的微观结构以及各项性能。

28、本发明发现，均质化工艺会影响合金的金相结构以及性能，因此通过控制均质化工艺参数可控制析出相尺寸和数量。若冷速过快析出相来不及析出，起不到钉扎晶界的作用；反之若冷速过慢析出相会长大，也不利于钉扎晶界和沉淀强化。

29、第三方面，本发明提供了ce和c在提升钛铝镍高温合金的高温抗压强度和/或高温抗蠕变性中的应用。

30、第四方面，本发明提供了ce和c在提升钛铝镍高温合金的导电性和/或耐腐蚀性中的应用。

31、第五方面，本发明提供了ce和c在减少钛铝镍高温合金中β相占比、减小层间距、诱导ti3alc相析出中的应用。

32、与现有技术对比，本发明的有益效果是：

33、本发明通过在tial合金中同时添加c和ce等微量元素以及优化元素比例，同时结合工艺优化，可获得一种钛铝镍高温合金，该合金具有出色的高温抗压强度和抗蠕变性，同时还具有出色耐腐蚀性。

技术特征：

1.一种钛铝镍高温合金，其特征在于：按质量百分数计，包括以下化学成分：al=45-50％，ni=2-4％，mo≤3％，c≤0.5％，ce≤0.4％和余量ti。

2.根据权利要求1所述的钛铝镍高温合金，其特征在于：所述钛铝镍高温合金中含有钉扎位错的ti3alc相。

3.根据权利要求1或2所述的钛铝镍高温合金，其特征在于：按质量百分数计，包括以下化学成分：al=46-49％，ni=2-4％，mo≤3％，c≤0.5％，ce≤0.4％，ti=42-52%。

4.根据权利要求3所述的钛铝镍高温合金，其特征在于：按质量百分数计，包括以下化学成分：al=46.5-49％，ni=2-4％，mo≤3％，c≤0.5％，ce≤0.4％，ti=42-51.5%。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述钛铝镍高温合金的制备方法，其特征在于包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：5）中，所述水平连铸的拉坯速度为1.8-2.5m/min。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：6）中，所述均质化为先以3-5℃/min由1180-1220℃降至880-920℃，再以4-10℃/min降至室温。

8.ce和c在提升钛铝镍高温合金的高温抗压强度和/或高温抗蠕变性中的应用。

9.ce和c在提升钛铝镍高温合金的耐腐蚀性中的应用。

10.ce和c在减少钛铝镍高温合金中β相占比、细化层间距、诱导ti3alc相析出中的应用。

技术总结本发明涉及高温合金领域，公开了一种钛铝镍高温合金及其制备方法。该钛铝镍高温合金包括以下化学成分：Al=45‑50％，Ni=2‑4％，Mo≤3％，C≤0.5％，Ce≤0.4％和余量Ti。本发明通过在TiAl合金中同时添加C和Ce等微量元素以及优化元素比例，同时结合工艺优化，可获得一种钛铝镍高温合金，该合金具有出色的高温抗压强度和抗蠕变性，同时还具有出色的耐腐蚀性。技术研发人员：沈伟,王威龙,岳尔斌,胡文豪,骆仁智受保护的技术使用者：浙江省冶金研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/26