[發(fā)明專利]一種真空離心TiAl金屬間化合物板材的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011140693.6
• 申請(qǐng)日: 2020-10-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112296606B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉國(guó)懷;王秀琦;郭瑞琪;徐莽;王丙興;田勇;王昭東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): B23P15/00
• 分類號(hào): B23P15/00;B22D13/02
• 代理公司: 北京易捷勝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國(guó)勝

本發(fā)明涉及一種真空離心TiAl金屬間化合物板材的制備方法，包括如下步驟：S1、熔煉：將純Ti，純Al熔煉為TiAl合金熔體；S2、離心鑄造：將TiAl合金熔體澆入離心鑄造設(shè)備的鑄型模具中，合金熔體在離心力的作用下約束成形，得到TiAl合金鑄管坯；S3、切割：將TiAl合金鑄管坯進(jìn)行切割，得到TiAl合金坯料；S4、壓制成型：將TiAl合金坯料進(jìn)行壓制和表面處理，得到TiAl合金板坯。本發(fā)明通過(guò)采用真空離心鑄造的方法，使得液態(tài)TiAl合金熔體能夠直接快速冷凝形成管坯，然后通過(guò)壓制成形有效控制組織和尺寸，制備出可直接使用或適合熱變形加工的TiAl合金板坯，實(shí)現(xiàn)低成本、短流程、大規(guī)格制造，拓寬了TiAl合金板材的工業(yè)應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料加工和板材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種真空離心TiAl金屬間化合物板材的制備方法。

背景技術(shù)

TiAl合金是一種有望替代部分Ni基高溫合金的新型輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料，其因具有優(yōu)異的性能，包括低密度、高比強(qiáng)度和高比模量、良好的的高溫抗氧化和抗蠕變性能，而備受業(yè)界關(guān)注。TiAl合金可用于發(fā)動(dòng)機(jī)用高壓渦輪葉片、壓縮機(jī)葉片、熱防護(hù)板、排氣閥和噴嘴等部件，在航空、航天以及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。其中TiAl合金板材/帶材成為該種材料工業(yè)化、實(shí)用化過(guò)程中最為急需的材料。然而，TiAl合金室溫塑性低，高溫變形能力差，傳統(tǒng)加工工藝難度大，嚴(yán)重制約低成本、高質(zhì)量TiAl合金板材的制備。截至目前，TiAl合金板材制備技術(shù)中存在的問(wèn)題仍沒(méi)有得到良好的解決。

現(xiàn)有技術(shù)中，TiAl合金板材的制備方法主要包括鑄錠冶金工藝(PM)和粉末冶金工藝(IM)。粉末冶金工藝能獲得組織均勻細(xì)小、化學(xué)成分均勻的合金板材，但其設(shè)備價(jià)格昂貴、工藝復(fù)雜、成本較高，同時(shí)可能存在氧、氫和夾雜的孔隙缺陷，反而對(duì)組織和性能造成不利影響。而傳統(tǒng)的鑄錠冶金工藝中，為消除鑄造TiAl合金存在的顯微組織粗大、成分偏析、加工性能差等問(wèn)題，需通過(guò)后續(xù)多道次的鍛造、軋制等冷熱加工的方法來(lái)改善合金的組織和性能，加工周期長(zhǎng)，材料利用率低，難以制備大尺寸的板材。

此外，由于TiAl合金在熔融狀態(tài)下流動(dòng)性較差，凝固收縮量較大，鑄件易產(chǎn)生縮孔縮松和裂紋等缺陷，同時(shí)在高溫下化學(xué)性質(zhì)活潑，易與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中成品率低、成本較高，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。而真空離心鑄造工藝是實(shí)現(xiàn)金屬近凈成形的有效方法之一，通過(guò)離心力的作用，在充型過(guò)程中實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮，直接生產(chǎn)出高質(zhì)量的鑄管件。

因此，亟需一種快速成形出高性能的TiAl合金板材的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決現(xiàn)有技術(shù)中的TiAl合金室溫塑性低，高溫變形能力差，傳統(tǒng)加工工藝難度大的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種真空離心TiAl金屬間化合物管材/板材的制備方法。

(二)技術(shù)方案

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

一種真空離心TiAl金屬間化合物板材的制備方法，包括如下步驟：

S1、熔煉：將純Ti，純Al與金屬Nb、金屬M(fèi)o在真空環(huán)境或氬氣保護(hù)條件下熔煉，制備TiAl合金熔體；

S2、真空離心鑄造：將步驟S1熔煉得到的TiAl合金熔體澆入處于真空環(huán)境以及氬氣保護(hù)條件下的離心鑄造設(shè)備的鑄型模具中，TiAl合金熔體在離心力的作用下約束成形，經(jīng)過(guò)快速冷卻、凝固脫模后得到中空的TiAl合金鑄管坯；

S3、切割：將步驟S2得到的TiAl合金鑄管坯沿著鑄管坯方向進(jìn)行切割，得到具有一定彎曲弧面的TiAl合金坯料；

S4、壓制成型：將步驟S3得到的TiAl合金坯料進(jìn)行壓制和表面處理，得到一定厚度的TiAl合金板坯。

如上所述的制備方法，優(yōu)選地，所述步驟S1中，TiAl合金在石墨坩堝或者氧化鈣坩堝進(jìn)行熔煉。