[发明专利]一种大尺寸的TiAl基合金籽晶的制备方法

说明书

本发明公开了一种大尺寸的TiAl基合金籽晶的制备方法，包括以下步骤：S1、分别准备海绵钛、高纯铝、铝钨中间合金、高纯硅，控制其中，Al为46～47at.％、W为0.5～1at.％、Si为0.5at.％，其余为Ti；S2、将籽晶原料加入到熔炼炉中；S3、熔炼炉抽真空通氩气；S4、氩气保护下，向熔炼炉中加入改性物；S5、打开电源，增加电源功率至55～60kW，熔炼；S6、将电源功率降至50～55kW，保温，得籽晶熔体；S7、直接切断电源，利用水冷铜坩埚让籽晶熔体在水冷铜坩埚中激冷，冷却至室温，得到籽晶铸锭。本发明提出的制备方法，操作简便，易于实际生产，且得到的籽晶尺寸大，柱状晶生长稳定。

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，尤其涉及一种大尺寸的TiAl基合金籽晶的制备方法。

背景技术

TiAl基合金因具有较低的密度，良好的高温强度、抗蠕变性能、抗氧化能力以及较大的弹性模量而被研究者们广泛关注。TiAl基合金的室温组织通常由γ相(TiAl)和α₂相(Ti₃Al)构成，而根据组织中γ相和α₂相形态和含量的不同，TiAl基合金室温下通常会有多种类型的组织，如全片层组织、近全片层组织、双态组织和γ板条组织等。其中，全片层组织的TiAl基合金的综合性能最好。日本学者采用PST晶体材料进行的TiAl基合金性能测试表明，全片层组织性能具有明显的各向异性，外加载荷平行于片层方向时，屈服强度和延伸率达到最佳组合，此时室温延伸率可以达到5％～10％。因此采用定向凝固技术，获得由平行柱状晶组成的全片层组织，是改善TiAl基合金性能的有效途径之一。但常规的定向凝固方法无法获得与生长方向平行的定向全片层组织。

根据初生相的不同，目前可以采用籽晶法定向凝固工艺或者改变凝固路径的非籽晶法定向凝固工艺来控制片层取向。其中，以前者更为普遍。在籽晶法定向凝固中，籽晶的制备是至关重要的一步，而现有方法制备得到的籽晶尺寸普遍偏小，且柱状晶生长不稳定。基于现有技术存在的不足，本发明提出一种大尺寸的TiAl基合金籽晶的制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有籽晶的制备方法得到的籽晶，尺寸小、柱状晶生长不稳定，而提出的一种大尺寸的TiAl基合金籽晶的制备方法。

一种大尺寸的TiAl基合金籽晶的制备方法，包括以下步骤：

S1、分别准备籽晶原料，包括海绵钛、高纯铝、铝钨中间合金、高纯硅，控制其中，Al为46～47at.％、W为0.5～1at.％、Si为0.5at.％，其余为Ti；

S2、将步骤S1准备的籽晶原料加入到水冷铜坩埚真空感应熔炼炉中；

S3、将真空感应熔炼炉中的熔炼室抽真空至1×10^-3～3×10^-3Pa以下，向真空感应熔炼炉中通入氩气至0.03～0.07Pa；

S4、在氩气的保护下，向熔炼炉中加入籽晶原料总质量的0.06％～0.09％的改性物；

S5、打开电源，以3～6kw/min的速率增加电源功率至55～60kW，熔炼2～5min；

S6、将电源功率以0.4～0.6kw/min的速率降至50～55kW，继续保温2～5min，得籽晶熔体；

S7、直接切断电源，利用水冷铜坩埚让籽晶熔体在水冷铜坩埚中激冷，冷却至室温，得到籽晶铸锭。

优选的，步骤S1中，所述海绵钛为0级海绵钛。

优选的，步骤S1中，所述籽晶原料中Al为46at.％、W为0.5at.％、Si为0.5at.％，其余为Ti。

优选的，步骤S1中，所述籽晶原料中Al为47at.％、W为1at.％、Si为0.5at.％，其余为Ti。