[发明专利]一种利用固态相变制备定向TiAl基合金装置制备定向TiAl基合金的方法

说明书

一种利用固态相变制备定向TiAl基合金的装置及其制备方法，它涉及一种制备定向TiAl基合金的装置及其制备方法。本发明为了解决现有定向TiAl基合金制备过程中，试样表层易发生侧向散热，及工艺复杂的问题。本发明的液态Ga‑In合金和热处理试棒位于真空室内的下部，调速器安在热处理试棒的底端，测温仪的导线端伸入真空室内并位于有效热处理区，感应线圈套装在热处理试棒的上部外侧。真空室内，将热处理试样置于感应线圈内；调节感应线圈与Ga‑In合金液面的距离；感应线圈加热；抽真空并通氩气；对测量试样加热；当温度达到该TiAl基合金的β单相区温度范围内时，停止加热并保温；对TiAl基合金试棒进行定向热处理；冷却后，通入空气，取件。本发明用于制备定向TiAl基合金。

技术领域

本发明涉及一种制备定向TiAl基合金的装置及其制备方法，具体涉及一种利用固态相变制备定向TiAl基合金装置制备定向TiAl基合金的方法，属于材料加工技术领域。

背景技术

TiAl基合金由于密度小，比强度高，高温力学性能优异等特点，被誉为在600℃-900℃替代Ni基高温合金的最佳选材，有望应用于航空航天涡轮发动机叶片的制备，因而被广泛研究。

然而，该合金也存在自身的缺点，如室温塑性差，高化学活性导致熔炼过程熔体易氧化，铸造组织粗大，成分偏析严重等。这些缺陷的存在极大地限制了该合金的工业化生产。为了优化TiAl基合金的显微组织，改善其力学性能，常用的方法有合金化法和热机械加工法。对于服役于高温环境下的TiAl基合金，定向排列的柱状晶或单晶组织可以大幅减少合金的横向晶界长度，从而明显提高其高温力学性能。

通常制备定向TiAl基合金的方法主要为定向凝固法。但是，在定向凝固过程中，TiAl 基合金熔体不可避免与坩埚或涂层材料相接触。对于具有高化学活性的TiAl基合金熔体，极易在凝固过程中与坩埚材质或涂层材料发生化学反应，从而影响合金化学成分和表层柱状晶的定向生长。

针对利用热处理方法制备定向排列的柱状晶组织的TiAl基合金，公告号为CN112048605A，发明名称为“一种用于制备金属柱晶的定向退火装置及其方法”，具体公开了对轧制变形量为70％的Ti-48Al-2Nb-2Cr合金进行定向退火，最终获得了柱状晶组织，但是该方法必须对TiAl合金进行热变形处理，工艺复杂，控制精度高，而且后续合金的定向热处理温度介于其再结晶温度与合金的熔点之间，未进行解释。

综上所述，现有定向TiAl基合金制备过程中，由于合金熔体与坩埚壁或涂层材料接触，从而影响定向TiAl基合金成分以及传统定向凝固过程中试样表层易发生侧向散热，从而影响表层柱状晶定向长大的问题，同时，还存在工艺复杂的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有定向TiAl基合金制备过程中，由于合金熔体与坩埚壁或涂层材料接触，从而影响定向TiAl基合金成分以及传统定向凝固过程中试样表层易发生侧向散热，从而影响表层柱状晶定向长大的问题，同时，还存在工艺复杂的问题。进而提供一种利用固态相变制备定向TiAl基合金装置制备定向TiAl基合金的方法。

本发明的技术方案是：一种冷坩埚定向凝固过程中温度测量装置，它包括真空室；它还包括液态Ga-In合金、调速器、感应线圈、测温仪、热处理试棒和Ar气瓶，液态Ga-In 合金位于真空室内的下部，热处理试棒竖直安装在真空室内，调速器采用燕尾槽的连接方式安装在热处理试棒的底端并实时调控热处理试棒的下拉速度，测温仪的导线端伸入真空室内并位于有效热处理区，感应线圈套装在热处理试棒的上部外侧并为热处理试棒上的有效热处理区加热，Ar气瓶与真空室连接。

本发明还提供了一种利用固态相变制备定向TiAl基合金的装置的方法，它包括以下步骤：

步骤一、在真空室内，将β凝固的TiAl基合金热处理试样置于五匝感应线圈内，使热处理试样的轴线与感应线圈的中心线完全重合，热处理试样底部置于液态Ga-In合金内并与抽拉杆通过燕尾槽连接；