[發(fā)明專(zhuān)利]一種鈦鋁基高溫合金塊體的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110386164.2
• 申請(qǐng)日: 2021-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113088734A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方爽;于秋穎;張敏聰;李凱;蘭博;熊華平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院
• 主分類(lèi)號(hào): C22C1/04
• 分類(lèi)號(hào): C22C1/04;C22C14/00;B22F3/14
• 代理公司: 中國(guó)航空專(zhuān)利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

本發(fā)明是一種鈦鋁基高溫合金塊體的制備方法，該方法利用Ti+Al+Ti2AlNb混合粉末為原料，通過(guò)熱壓燒結(jié)探索制備新型鈦鋁合金材料，相對(duì)于常規(guī)的?TiAl將明顯提高室溫延伸率，同時(shí)在750℃擁有穩(wěn)定的高溫?cái)嗔褟?qiáng)度和抗氧化性。我國(guó)武器裝備對(duì)長(zhǎng)期工作溫度能穩(wěn)定達(dá)到750℃的高溫鈦合金材料需求十分迫切，例如高壓壓氣機(jī)葉片、高壓壓氣機(jī)盤(pán)和機(jī)匣等等，但是已有的?TiAl材料的室溫脆性太大。本項(xiàng)目所研究的新型鈦鋁合金將基本保留?TiAl的熱強(qiáng)性，但將明顯降低其室溫脆性，顯著提升其工程實(shí)用性，體現(xiàn)出顯著的技術(shù)進(jìn)步，為航空推重比1215發(fā)動(dòng)機(jī)和高性能航天推進(jìn)器上耐熱部件的研制提供重要技術(shù)支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種鈦鋁基高溫合金塊體的制備方法，屬于熱加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

γ-TiAl金屬間化合物具有密度低，比強(qiáng)度、比剛度高，高溫性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)，一般認(rèn)為其長(zhǎng)期使用溫度甚至可達(dá)750℃～800℃(典型的高溫性能數(shù)據(jù)：800℃，拉伸強(qiáng)度500MPa左右)，一方面，γ-TiAl金屬間化合物可以代替常規(guī)Ti基合金，從而提高材料的使用溫度；另一方面，可以代替Ni基高溫合金達(dá)到減重的目的，而且減重效果相對(duì)于Ti2AlNb合金更為明顯，這對(duì)于滿足高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫服役要求和減重要求是非常具有吸引力的。

但是，γ-TiAl金屬間化合物存在的最大問(wèn)題是室溫塑性差，比如這類(lèi)材料經(jīng)鍛造及熱處理后室溫延伸率一般僅為1.0％～3.0％左右，很難超過(guò)3.5％4.0％，這樣造成材料的冷熱加工成形性較差、構(gòu)件的機(jī)加工難度較大，也嚴(yán)重影響構(gòu)件的安全可靠性，從而使得γ-TiAl材料在飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)很多高溫部件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用都很受局限。

Ti2AlNb合金是一種具有正交結(jié)構(gòu)O相為基體的Ti-Al系金屬間化合物，由于它在650℃～700℃具有較好的強(qiáng)度、塑韌性和抗蠕變性能(典型的室溫性能數(shù)據(jù)：拉伸強(qiáng)度1100MPa左右，延伸率8-14％)，且密度低，所以在航空、航天領(lǐng)域有較好的應(yīng)用潛力。盡管如此，一般認(rèn)為這種材料長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作溫度還是難以超過(guò)700℃。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是針對(duì)上述現(xiàn)有國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而設(shè)計(jì)提供了一種鈦鋁基高溫合金塊體的制備方法，其目的是提供一種長(zhǎng)期工作溫度能達(dá)到700℃～750℃、室溫延伸率達(dá)到3.5％～5.0％的實(shí)用性強(qiáng)的鈦基高溫合金，為我國(guó)新一代裝備相關(guān)耐熱部件的研制提供重要理論依據(jù)和制造技術(shù)儲(chǔ)備。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

該種鈦鋁基高溫合金塊體的制備方法的步驟如下：

步驟一、粉末準(zhǔn)備

根據(jù)鈦鋁基高溫合金塊體的重量稱(chēng)取粉末粒度一致的純Ti粉末、純Al粉末和Ti2AlNb粉末，其中純Ti粉末和純Al粉末的質(zhì)量比為與原子比一致，Ti2AlNb粉末的體積占鈦鋁基高溫合金塊體體積的5％～15％；

步驟二、熱壓燒結(jié)模具準(zhǔn)備

用酒精擦凈熱壓燒結(jié)模具，并用氮化硼乳濁液涂覆熱壓燒結(jié)模具，然后自然晾干；

步驟三、熱壓燒結(jié)

將三種粉末放入研缽中，在真空環(huán)境下進(jìn)行混合，混合好后倒入熱壓燒結(jié)模具中，將熱壓燒結(jié)模具放入真空燒結(jié)爐中，在1150℃～1400℃的溫度及30MPa～40MPa的壓力下燒結(jié)0.5h～2h，然后隨爐冷卻至300℃以下取出，即得到鈦鋁基高溫合金塊體。

在一種實(shí)施中，所述純Ti粉和純Al粉的純度大于99.99％。

在一種實(shí)施中，所述純Ti粉、純Al粉和Ti2AlNb粉的粉末粒度為-400目～-600目。

在一種實(shí)施中，所述熱壓燒結(jié)模具采用國(guó)內(nèi)最高強(qiáng)度石墨制成。

在一種實(shí)施中，步驟三中所述壓力為30MPa。