[發(fā)明專利]一種TiAl合金型材的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510028133.4
• 申請(qǐng)日: 2015-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN104588653A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔凡濤;陳玉勇;周海濤;王曉鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/15
• 分類號(hào): B22F3/15;B22F3/105;B22F3/24;B22F1/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種合金型材的制備方法。

背景技術(shù)

TiAl合金具有密度低、比強(qiáng)度高、比剛度高，以及良好的高溫抗氧化、抗蠕變性能，是一種非常有潛力的輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、汽車制造等工業(yè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。TiAl合金具有原子長(zhǎng)程有序排列的結(jié)構(gòu)特性以及原子間金屬與共價(jià)鍵共存的特性，使其同時(shí)兼顧金屬的塑性和陶瓷的高溫強(qiáng)度，與傳統(tǒng)鈦合金和鎳基高溫合金相比，TiAl合金具有低比重、高蠕變抗力等性能優(yōu)勢(shì)。然而TiAl合金室溫塑性低，高溫變形能力差，這些因素制約了該合金的工程化應(yīng)用。

通常，制備TiAl合金型材可以選用鑄造冶金或粉末冶金制備TiAl合金，然后熱擠壓TiAl合金成型材。鑄錠冶金法制備的TiAl合金鑄錠組織粗大，且存在縮孔、縮松以及成分偏析等缺陷，需要后續(xù)的熱等靜壓處理及熱機(jī)械處理來減少或消除缺陷，細(xì)化粗大的鑄態(tài)組織；而元素粉末法制備Ti和Al復(fù)合體再熱擠壓成型材，還需后續(xù)高溫?zé)Y(jié)合成，此工藝容易引入高的雜質(zhì)含量和缺陷密度，難以實(shí)現(xiàn)全致密化，還需后續(xù)的熱等靜壓。TiAl合金型材的制備需要在較高的溫度下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備要求較高，而且要求有在長(zhǎng)時(shí)間高溫下有相當(dāng)強(qiáng)度的模具。在型材制備前制備出組織細(xì)小，成分均勻的TiAl合金坯料，再采用高溫包套擠壓工藝，則能有效降低擠壓溫度，增大擠壓速率，降低型材制備對(duì)設(shè)備和模具的要求，制備出成分形狀完整，性能優(yōu)良的TiAl合金型材。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有方法制備的TiAl合金型材存在TiAl合金組織粗大，成分偏析，雜質(zhì)含量和缺陷密度均高，易開裂和對(duì)設(shè)備和模具要求高的問題，而提供一種TiAl合金型材的制備方法。

一種TiAl合金型材的制備方法，具體是按以下步驟完成的：

一、原材料準(zhǔn)備：稱取粒徑為0.5μm～325μm的名義化學(xué)式為Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)的TiAl預(yù)合金粉末；

步驟一中所述的Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)中X為Mo、Cr、Nb、V、Si、Fe、Zr、Mn、B、C、W和Y中的一種或其中幾種元素；

步驟一中所述的名義化學(xué)式為Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)的TiAl預(yù)合金粉末是通過惰性氣體霧化技術(shù)或等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化技術(shù)制備的；

二、致密化處理：將步驟一稱取的粒徑為0.5μm～325μm的名義化學(xué)式為Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)的TiAl預(yù)合金粉末進(jìn)行處理，得到TiAl坯料；

步驟二中所述的將步驟一稱取的粒徑為0.5μm～325μm的名義化學(xué)式為Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)的TiAl預(yù)合金粉末進(jìn)行處理是經(jīng)熱壓燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)和熱等靜壓中的一種或幾種進(jìn)行處理的；

三、車削加工：采用機(jī)械加工的方法將步驟二中得到的TiAl坯料進(jìn)行機(jī)械加工，得到TiAl預(yù)擠壓坯料；

四、制備預(yù)擠壓坯包套：將步驟四中車削加工的TiAl預(yù)擠壓坯料放入到包套中，再進(jìn)行封焊，得到預(yù)擠壓坯包套；

步驟四中所述的包套的材質(zhì)為不銹鋼、純鈦或鈦合金；

步驟四中所述的包套的厚度為2mm～20mm；

五、高溫?zé)釘D壓：將步驟四得到的預(yù)擠壓坯包套放入加熱爐中，再將加熱爐從室溫升溫至1000℃～1350℃，再在溫度為1000℃～1350℃下保溫0.5h～4h，再將溫度為1000℃～1350℃的預(yù)擠壓坯包套放入預(yù)熱溫度為600℃～1000℃的高溫合金模具中進(jìn)行熱擠壓1次～10次，得到擠壓件，再將擠壓件放置在溫度為1000℃～1350℃的加熱爐內(nèi)，再關(guān)掉加熱爐的電源，擠壓件自然冷卻至100℃～900℃，再將溫度為100℃～900℃擠壓件從加熱爐中取出，自然冷卻至室溫，去包套，得到TiAl型材；

步驟五中所述的熱擠壓的擠壓速度為0.01m/s～1.5m/s，總擠壓比為(2～16):1。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

一、本發(fā)明對(duì)TiAl預(yù)合金粉先進(jìn)行致密化處理、然后進(jìn)行包套熱擠壓制備TiAl合金型材；TiAl預(yù)合金粉致密化處理后，晶粒尺寸小，致密度高、成分均勻，在后續(xù)的包套擠壓制備型材過程中，有效地降低擠壓溫度，增大擠壓速率，降低了對(duì)設(shè)備和模具的要求；

二、本發(fā)明得到的TiAl合金型材晶粒細(xì)小，致密度高、成分均勻、室溫下拉伸屈服強(qiáng)度為550MPa～800MPa，室溫延伸率為0.8％～1.8％。

具體實(shí)施方式