[發明專利]一種放電等離子燒結及包套熱軋制備TiAl合金板材的方法

有效

• 申請號: 201510028165.4
• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號: CN104588433A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 孔凡濤;陳玉勇;周海濤;王曉鵬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B21C37/02
• 分類號: B21C37/02;B22F3/105
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種合金板材的制備方法。

背景技術

隨著航空航天，民運等工業的快速發展，對發動機零部件的性能提出了更高的要求，目前航空、航天發動機零部件多采用鎳基高溫合金和鈦合金。鎳基合金存在著質量高、比重大和比強度低等缺點，而鈦合金則存在室溫彈性模量低、高溫抗蠕變和使用溫度不足等缺點，逐漸不能滿足航空、航天發動機的技術要求。TiAl合金具有密度低、比強度高、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高溫結構材料，在航空、航天等工業領域有著廣闊的應用前景。

高性能TiAl合金板材的制備被認為是實現TiAl合金材料工程化應用的關鍵。TiAl合金的板材不僅可以直接作為結構材料使用，而且還可以通過超塑性成形技術加工成航空航天器及其發動機的零部件，能極大的擴展TiAl合金的應用范圍。因此制備TiAl輕質高溫材料可以大幅度提升我國民用工業和航空航天等工業的水平，有效減少能源消耗。

目前，制備TiAl合金板材的方法主要是通過對TiAl合金鑄錠進行高溫包套軋制實現的，但鑄錠冶金過程中容易出現宏觀偏析、枝晶偏析，化學成分不均勻、組織不一致等缺陷，導致TiAl合金的高溫變形能力較差，不適合作為制備TiAl合金板材的坯料。相比之下，粉末冶金能制備出晶粒細小且化學成本均勻的板坯，是生產TiAl板材所必須的。為了避免氧等雜質含量對TiAl粉末造成污染，惡化TiAl合金的性能，采用TiAl預合金粉，具有組織和成分均勻，氧等雜質含量低，適合作為原料制備TiAl合金。

粉末冶金制備TiAl合金板材的通用方法是將TiAl合金粉在溫度1100～1300℃、壓力140～200Mpa、時間2～4h的條件下熱等靜壓，制備TiAl合金板坯，隨后將熱等靜壓板坯進行表面處理、包套，然后進行高溫包套扎制。相比該方法，本發明先對TiAl預合金粉進行放電等離子燒結制備坯料，再進行包套熱軋的方法制備TiAl合金板材的方法，放電等離子燒結制備的TiAl合金板坯致密度高、組織細小、成分均勻、性能優異、變形能力良好，利于后續的TiAl合金板材的成形，進而可在相對較低的溫度和較高的應變速率下進行TiAl合金的包套軋制。

發明內容

本發明的目的是要解決現有TiAl合金板材的制備方法存在化學成分不均勻、組織不一致、板材性能差及制備困難的問題，而提供一種放電等離子燒結及包套熱軋制備TiAl合金板材的方法。

一種放電等離子燒結及包套熱軋制備TiAl合金板材的方法，具體是按以下步驟完成的：

一、原材料準備：稱取粒徑為0.5μm～325μm的名義化學成分為Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)的TiAl預合金粉末；

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中的一種或幾種的混合；

步驟一中所述的名義化學成分為Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)的TiAl預合金粉是通過惰性氣體霧化技術或等離子旋轉電極霧化技術制備的；

二、放電等離子燒結：

將步驟一稱取的TiAl預合金粉末放入石墨模具中，在壓力為10MPa～200MPa，溫度為900℃～1300℃和真空度為10^-4Pa～10Pa下燒結1min～60min，得到致密度為95％～100％的坯料；

三、車削加工：

對步驟二得到的致密度為95％～100％的坯料進行車削加工和倒圓角，得到表面光潔度為Ra6～Ra8的板坯；

四、板坯包套：

將步驟三得到的表面光潔度為Ra6～Ra8的板坯放入包套中，再進行封焊，得到封焊后包有板坯的包套；

步驟四中所述的包套為不銹鋼包套、純鈦包套或鈦合金包套；

步驟四中所述的包套的厚度為1mm～20mm；

五、高溫包套軋制：