热等静压工艺对铸造 Ti-24Al-15Nb-1Mo 合金微观组织和拉伸性能的影响

Effect of hot isostatic pressing process on microstructure and tensile properties of as-cast Ti-24Al-15Nb-1Mo alloy

摘要

针对铸造 Ti-24Al-15Nb-1Mo 合金内部缺陷和室温塑性低的问题，探究热等静压工艺参数（温度、压力、保温时间）对显微组织和室温塑性的影响。采用正交试验设计，对真空自耗凝壳炉熔炼浇注合金试样进行不同工艺参数的热等静压处理，通过 X 射线探测表征疏松闭合情况，结合扫描电子显微镜和 X 射线衍射分析相组成及分布，开展室温拉伸性能测试。结果表明：不同工艺参数热等静压处理条件下，铸态 Ti-24Al-15Nb-1Mo 合金中铸造缺陷疏松和 ϕ1～4 mm 缩孔完全被消除。通过极差分析表明，温度对合金室温塑性的影响最大，压力对其影响次之，时间对其影响最小。经过 1000 ℃/130 MPa/2 h 处理，合金室温抗拉强度提高至 887 MPa，较铸态合金提高 15%；断后伸长率提高至 2.95%，较铸态合金提高 4.9 倍。因此，热等静压通过缺陷愈合与组织协同优化显著提高合金室温塑性。

Abstract

To address the internal defects and low room-temperature ductility of cast Ti-24Al-15Nb-1Mo alloy，the effects of hot isostatic pressing (HIP) process parameters (temperature，pressure，and holding time) on its microstructure and room-temperature ductility are investigated. An orthogonal experimental design is adopted. The alloy specimens melted and cast in a vacuum consumable skull furnace are subjected to HIP treatment with different process parameters. X-ray transmission is used to characterize the closure of porosity. Combined with scanning electron microscopy and X-ray diffraction，the phase constitution and distribution are analyzed，and room-temperature tensile property tests are carried out. The results show that under HIP treatments with different process parameters，casting defects including porosity and shrinkage cavities below ϕ1 -4 mm in the as-cast Ti-24Al-15Nb-1Mo alloy are completely eliminated. Range analysis indicates that temperature exerts the most significant effect on the room-temperature ductility of the alloy，followed by pressure，while holding time has the weakest effect. After HIP treatment at 1000 ℃ under 130 MPa for 2 h，the room-temperature tensile strength of the alloy increases to 887 MPa，which is 15% higher than that of the as-cast alloy；the elongation rises to 2.95%，4.9 times that of the as-cast alloy. Therefore，HIP markedly improves the room-temperature ductility of the alloy via defect healing and synergistic microstructure optimization.

关键词

Ti-24Al-15Nb-1Mo 合金 / 热等静压 / 铸造缺陷 / 显微组织 / 室温塑性

Key words

Ti-24Al-15Nb-1Mo alloy / hot isostatic pressing / casting defect / microstructure / room-temperature plasticity

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基金资助

国家自然科学基金(52371015)