[發明專利]預熱壓復合及包套熱軋制備TiAl/Ti合金層狀復合板材的方法

有效

• 申請號: 201510589726.8
• 申請日: 2015-09-16
• 公開（公告）號: CN105080999B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 孔凡濤;孫巍;陳玉勇;王曉鵬;周海濤;徐鵬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B21C37/02
• 分類號: B21C37/02;B21B1/38
• 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

本發明涉及一種制備合金層狀復合板材的方法。

背景技術

新型航空、航天器及其發動機的一些主要構件的工況已接近常規高溫材料的使用極限，要進一步提高飛行器的性能，就迫切需要選用輕質、耐高溫和綜合性能優良的新型高溫結構材料，以及采用更可靠、更優化的新工藝和新結構。

但是由于TiAl合金的本征特性，屬于難熱塑性變形材料，板材軋制相關的約束條件較多，軋制過程中材料的熱應變狀態也非常復雜，容易開裂，得到大尺寸、高質量板材非常困難。制備技術上的瓶頸阻礙了TiAl合金板材的工程化應用。

發明內容

本發明的目的是要解決現有TiAl合金板材軋制相關的約束條件較多，軋制過程中材料的熱應變狀態也非常復雜，容易開裂，得到大尺寸、高質量板材非常困難的問題，而提供一種預熱壓復合及包套熱軋制備TiAl/Ti合金層狀復合板材的方法。

一種預熱壓復合及包套熱軋制備TiAl/Ti合金層狀復合板材的方法，具體是按以下步驟完成的：

一、原材料準備：準備TiAl合金；準備純鈦或鈦合金；

步驟一中所述TiAl合金的名義化學成分為Ti-(40～44.5)Al-(0.5～10)X-(0.1～2)Z(at％)，其中X為beta相穩定元素，Z為微合金化元素；

步驟一中所述的TiAl合金是通過熔鑄或高溫鍛造方法制備的；

步驟一中所述的純鈦或鈦合金是通過熔鑄或高溫鍛造方法制備的；

二、切割加工：

對步驟一準備的TiAl合金和純鈦或鈦合金進行線切割和倒圓角，得到預制TiAl合金板坯和預制純鈦或鈦合金板坯；所述預制TiAl合金板坯的表面光潔度為Ra6～Ra8；所述預制純鈦或鈦合金板坯的表面光潔度為Ra6～Ra8；

步驟二中所述的預制TiAl合金板坯的長為10mm～500mm，寬為10mm～500mm，厚度為0.3mm～30mm；

步驟二中所述的預制純鈦或鈦合金板坯的長為10mm～500mm，寬為10mm～500mm，厚度為0.3mm～30mm；

三、熱壓復合：將預制TiAl合金板坯與預制純鈦或鈦合金板坯進行疊放；疊放方式為：以預制TiAl合金板坯/預制純鈦或鈦合金板坯的方式交替疊放預制TiAl合金板坯和預制純鈦或鈦合金板坯至2n+1層，得到最終堆疊板坯；其中，n為1～50的整數；最終堆疊板坯的兩側為預制TiAl合金板坯；將最終堆疊板坯置于石墨模具中，在室溫及真空度為0.01Pa～1Pa下，將石墨模具真空脫氣，然后以升溫速度為10℃/min～200℃/min，將真空脫氣后的石墨模具升溫至1000℃～1300℃，在溫度為1000℃～1300℃及壓力為1MPa～200MPa下，將石墨模具在熱壓機上加熱加壓2min～180min，隨爐冷卻，得到預軋制復合坯料；

四、包套：

將步驟三得到的預軋制復合坯料放入包套中，再進行封焊，得到封焊后包有預軋制復合坯料的包套；

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；

五、高溫包套軋制：

將步驟四得到的封焊后包有預軋制復合坯料的包套放入加熱爐中，再將加熱爐從室溫升溫至1000℃～1350℃，再在溫度為1000℃～1350℃下保溫5min～120min，再將溫度為1000℃～1350℃封焊后包有預軋制復合坯料的包套放置在軋機上，在軋制速率為0.01m/s～2.5m/s、道次變形量為5％～40％、軋制總變形量為30％～90％和道次回爐溫度為1000℃～1350℃下，保溫5min～60min的條件下進行軋制，得到軋件；再將軋件放置在溫度為1000℃～1350℃的加熱爐內，再關掉加熱爐的電源，軋件自然冷至100℃～600℃，再將溫度為100℃～600℃軋件從加熱爐中取出，自然冷卻至室溫，得到包有預制板坯的包套軋件；

六、去除包套：

采用機械加工方法去除步驟五中得到的包有預制板坯的包套軋件的包套，得到TiAl/Ti合金層狀復合板材。

本發明的優點：

本發明引入鈦合金作為增韌相，可以提高復合板材的室溫塑性和韌性，有利于制備出更大尺寸的TiAl板材。同時TiAl合金的耐高溫性和耐蝕性又很好的掩蓋了鈦合金的缺陷。采用熱壓復合工藝后，可以有效的減少氧化夾雜物，提高板材的力學性能。