[發(fā)明專利]一種Ti-Al系合金的粉末冶金致密化無壓燒結方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010134399.8
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111215623B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設計）人: 蔡奇;劉旭真;劉金旭;李樹奎;呂延偉;賀川;馮新婭;劉興偉
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B22F3/10
• 分類號: B22F3/10;B22F3/04;C22C1/04;C22C30/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙曉琳

本發(fā)明屬于合金技術領域，具體涉及一種Ti?Al系合金的粉末冶金致密化無壓燒結方法。本發(fā)明提供了一種Ti?Al系合金的粉末冶金致密化無壓燒結方法，本發(fā)明采用程序升溫的方式進行無壓燒結，通過在燒結的不同升溫階段采用不同的保護氣氛和氣體流速，能夠得到致密度較高的Ti?Al系合金。實施例結果表明，本發(fā)明制備的Ti?Al系合金致密度高達98％以上；準靜態(tài)壓縮強度達到1100MPa以上，臨界破壞應變超過0.4。另外，本發(fā)明提供的粉末冶金無壓燒結方法生產成本低，可以實現(xiàn)Ti?Al系合金異形件的批量化生產。

技術領域

本發(fā)明屬于合金技術領域，具體涉及一種Ti-Al系合金的粉末冶金致密化無壓燒結方法。

背景技術

Ti-Al系合金具有比強度高、高溫強度高、高溫塑性好以及抗蠕變性能優(yōu)異等特點，是在600～800℃條件下服役的非常有潛力的輕質結構材料，可用于航空、航天發(fā)動機零部件的制造生產。

目前，Ti-Al系合金零部件的制備方法主要包括：熔煉鑄造和粉末冶金，熔煉鑄造具體包括鑄錠冶金和精密鑄造兩種方式，其中鑄錠冶金是先熔煉得到Ti-Al系合金鑄錠，然后對鑄錠進行熱加工和熱處理，最后通過機加工的方式從鑄錠中掏取零部件；精密鑄造是先制備出接近零部件形狀的型模，將熔煉好的Ti-Al系合金液體澆鑄到型模內，對得到的零件毛坯進行熱處理，最后機加工得到。其中，鑄錠冶金配合車削掏取的方法雖然可以獲得組織致密均勻的零部件，但鍛造工藝成本較高，且車削掏取會造成嚴重的材料浪費，因此，不適用于Ti-Al系合金零部件的大批量工業(yè)化生產；而精密鑄造雖然避免了材料大量浪費的問題，但由于Ti-Al系合金熔融液體在異形鑄模中流動性不足，制得的零部件質量均一性不夠理想，成品率不高，目前規(guī)模化生產也面臨較大困難。

粉末冶金法是以金屬粉末作為原料，經過成型和燒結工藝，制造金屬材料零部件的技術。根據(jù)成型燒結工藝的不同，粉末冶金法主要包括放電等離子燒結和熱等靜壓燒結，兩者都是在一定壓力下燒結，可以制備出高致密度的Ti-Al系合金。但是，放電等離子燒結只能生產特定形狀的小塊材料，難以制備復雜形狀的大體積零部件；熱等靜壓燒結需要制備特定形狀的包套，生產成本較高。冷等靜壓+無壓燒結技術可以實現(xiàn)各種尺寸的異形件的批量化生產，但現(xiàn)有冷等靜壓+無壓燒結技術制備出的Ti-Al系合金，材料致密度低，約為90～94％，無法滿足產品的使用要求。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種Ti-Al系合金的粉末冶金致密化無壓燒結方法，本發(fā)明提供的無壓燒結方法能夠克服Ti-Al系合金產品生產工藝復雜，成本高的缺陷，實現(xiàn)Ti-Al系合金的高致密度、低成本批量化生產，以滿足先進航空發(fā)動機零部件對輕質Ti-Al系合金材料的需求。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術方案：

本發(fā)明提供了一種Ti-Al系合金的粉末冶金致密化無壓燒結方法，包括以下步驟：

(1)將Ti-Al系合金原料混合，進行冷等靜壓成型，得到壓坯；

(2)將所述壓坯進行無壓燒結，得到Ti-Al系合金；所述無壓燒結的程序包括以下步驟：

以100～400mL/min的速率通入流動氫氣，在氫氣氣氛中，將所述壓坯從室溫第一升溫至500～600℃；

停止通入流動氫氣，對爐膛內進行抽真空；

密封爐膛，在500～600℃保溫1～2h；

保持爐膛密封狀態(tài)，將所述保溫后的壓坯第二升溫至750～850℃；

以500～2000mL/min的速率通入流動氬氣，在所述氬氣氣氛中，將所述第二升溫后的壓坯第三升溫至燒結溫度；所述燒結溫度為1400～1600℃；

調整流動氬氣的流速為100～400mL/min，在所述氬氣氣氛中，將所述升溫程序后的壓坯在所述燒結溫度保溫2～5h后降溫，得到高致密度Ti-Al系合金。