一種放電等離子燒結(jié)及包套熱軋制備TiAl合金板材的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種合金板材的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空航天，民運(yùn)等工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的性能提出了更高的要求，目前航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)零部件多采用鎳基高溫合金和鈦合金。鎳基合金存在著質(zhì)量高、比重大和比強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，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(diǎn)，逐漸不能滿足航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)要求。TiAl合金具有密度低、比強(qiáng)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(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天等工業(yè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]高性能TiAl合金板材的制備被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)TiAl合金材料工程化應(yīng)用的關(guān)鍵。TiAl合金的板材不僅可以直接作為結(jié)構(gòu)材料使用，而且還可以通過(guò)超塑性成形技術(shù)加工成航空航天器及其發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件，能極大的擴(kuò)展TiAl合金的應(yīng)用范圍。因此制備TiAl輕質(zhì)高溫材料可以大幅度提升我國(guó)民用工業(yè)和航空航天等工業(yè)的水平，有效減少能源消耗。
[0004]目前，制備TiAl合金板材的方法主要是通過(guò)對(duì)TiAl合金鑄錠進(jìn)行高溫包套軋制實(shí)現(xiàn)的，但鑄錠冶金過(guò)程中容易出現(xiàn)宏觀偏析、枝晶偏析，化學(xué)成分不均勻、組織不一致等缺陷，導(dǎo)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(xì)小且化學(xué)成本均勻的板坯，是生產(chǎn)TiAl板材所必須的。為了避免氧等雜質(zhì)含量對(duì)TiAl粉末造成污染，惡化TiAl合金的性能，采用TiAl預(yù)合金粉，具有組織和成分均勻，氧等雜質(zhì)含量低，適合作為原料制備TiAl合金。
[0005]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°C、壓力140?200Mpa、時(shí)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(jìn)行表面處理、包套，然后進(jìn)行高溫包套扎制。相比該方法，本發(fā)明先對(duì)TiAl預(yù)合金粉進(jìn)行放電等離子燒結(jié)制備坯料，再進(jìn)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(jié)制備的TiAl合金板坯致密度高、組織細(xì)小、成分均勻、性能優(yōu)異、變形能力良好，利于后續(xù)的TiAl合金板材的成形，進(jìn)而可在相對(duì)較低的溫度和較高的應(yīng)變速率下進(jìn)行TiAl合金的包套軋制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有TiAl合金板材的制備方法存在化學(xué)成分不均勻、組織不一致、板材性能差及制備困難的問(wèn)題，而提供一種放電等離子燒結(jié)及包套熱軋制備TiAl合金板材的方法。
[0007]一種放電等離子燒結(jié)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:
[0008]一、原材料準(zhǔn)備:稱(chēng)取粒徑為0.5 μπι?325 μm的名義化學(xué)成分為T(mén)1-(40?50)Al-(0.1?10) X (at % )的TiAl預(yù)合金粉末；
[0009]步驟一中所述的T1-(40 ?50) Al-(0.1 ?10)X(at% )中 X 為 Mo、Cr、Nb、V、S1、Fe、Zr、Mn、B、C、W和Y中的一種或幾種的混合；
[0010]步驟一中所述的名義化學(xué)成分為T(mén)1-(40?50) Al-(0.1?10) X (at %)的TiAl預(yù)合金粉是通過(guò)惰性氣體霧化技術(shù)或等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化技術(shù)制備的；
[0011]二、放電等離子燒結(jié):
[0012]將步驟一稱(chēng)取的TiAl預(yù)合金粉末放入石墨模具中，在壓力為1MPa?200MPa，溫度為900°C?1300°C和真空度為KT4Pa?1Pa下燒結(jié)Imin?60min，得到致密度為95%?100 %的還料；
[0013]三、車(chē)削加工:
[0014]對(duì)步驟二得到的致密度為95%?100%的坯料進(jìn)行車(chē)削加工和倒圓角，得到表面光潔度為Ra6?Ra8的板還；
[0015]四、板還包套:
[0016]將步驟三得到的表面光潔度為Ra6?RaS的板坯放入包套中，再進(jìn)行封焊，得到封焊后包有板還的包套；
[0017]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；
[0018]步驟四中所述的包套的厚度為Imm?20mm ；
[0019]五、高溫包套軋制:
[0020]將步驟四得到的封焊后包有板坯的包套放入加熱爐中，再將加熱爐從室溫升溫至1000 °C?1280 °C，再在溫度為1000 °C?1280 °C下保溫0.5h?4h，再將溫度為1000 °C?1280°C封焊后包有板坯的包套放置在軋機(jī)上，在軋制速率為0.0lm/s?1.5m/s、道次變形量為5%?30%、乳制總變形量為30%?90%和道次回爐溫度為1000°C?1280°C下，保溫2min?60min的條件下進(jìn)行軋制，得到軋件；再將軋件放置在溫度為1000°C?1280°C的加熱爐內(nèi)，再關(guān)掉加熱爐的電源，乳件自然冷至100 °C?900 °C，再將溫度為100°C?900°C軋件從加熱爐中取出，自然冷卻至室溫，得到帶有包套的軋制板材；
[0021]六、去除包套:
[0022]采用機(jī)械加工方法去除步驟五中得到的帶有包套的軋制板材中的包套，得到TiAl合金板材。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0024]一、本發(fā)明中采用放電等離子燒結(jié)方法，放電等離子燒結(jié)可以在較低溫度下，較短的燒結(jié)時(shí)間內(nèi)制備出致密度高、組織細(xì)小、成分均勻，氧含量較低、性能優(yōu)異、變形能力良好的TiAl合金坯料，而且本發(fā)明可通過(guò)控制燒結(jié)溫度來(lái)控制組織，適合制備TiAl合金的板坯。且操作簡(jiǎn)單，不需要專(zhuān)門(mén)的熟練的技術(shù)；
[0025]二、放電等離子燒結(jié)坯料，熱加工性能良好，利于后續(xù)的TiAl合金板材的成形，可在相對(duì)較低的溫度和較高的應(yīng)變速率下進(jìn)行TiAl合金的高溫包套軋制，制備的板材晶粒尺寸細(xì)小，力學(xué)性能優(yōu)異；
[0026]三、本發(fā)明制備的TiAl合金板材的室溫抗拉強(qiáng)度為550MPa?800MPa。
[0027]本發(fā)明可獲得一種放電等離子燒結(jié)及包套熱軋制備TiAl合金板材的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0028]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式是一種放電等離子燒結(jié)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:
[0029]一、原材料準(zhǔn)備:稱(chēng)取粒徑為0.5 μπι?325 μm的名義化學(xué)成分為T(mén)1-(40?50)Al-(0.1?10) X (at % )的TiAl預(yù)合金粉末；
[0030]步驟一中所述的T1-(40 ?50) Al-(0.1 ?10)X(at% )中 X 為 Mo、Cr、Nb、V、S1、Fe、Zr、Mn、B、C、W和Y中的一種或幾種的混合；
[0031]步驟一中所述的名義化學(xué)成分為T(mén)1-(40?50) Al-(0.1?10) X (at %)的TiAl預(yù)合金粉是通過(guò)惰性氣體霧化技術(shù)或等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化技術(shù)制備的；
[0032]二、放電等離子燒結(jié):
[0033]將步驟一稱(chēng)取的TiAl預(yù)合金粉末放入石墨模具中，在壓力為1MPa?200MPa，溫度為900°C?1300°C和真空度為KT4Pa?1Pa下燒結(jié)Imin?60min，得到致密度為95%?100 %的還料；
[0034]三、車(chē)削加工:
[0035]對(duì)步驟二得到的致密度為95%?100%的坯料進(jìn)行車(chē)削加工和倒圓角，得到表面光潔度為Ra6?Ra8的板還；
[0036]四、板還包套:
[0037]將步驟三得到的表面光潔度為Ra6?RaS的板坯放入包套中，再進(jìn)行封焊，得到封焊后包有板還的包套；
[0038]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；
[0039]步驟四中所述的包套的厚度為Imm?20mm ；
[0040]五、高溫包套軋制:
[0041]將步驟四得到的封焊后包有板坯的包套放入加熱爐中，再將加熱爐從室溫升溫至1000 °C?1280 °C，再在溫度為1000 °C?1280 °C下保溫0.5h?4h，再將溫度為1000 °C?1280 °C封焊后包有板坯的包套放置在軋機(jī)上，在軋制速率為0.0 lm/s?1.5m/s、道次變形量為5%?30%、乳制總變形量為30%?90%和道次回爐溫度為1000°C?1280°C下，保溫2min?60min的條件下進(jìn)行軋制，得到軋件；再將軋件放置在溫度為1000°C?1280°C的加熱爐內(nèi)，再關(guān)掉加熱爐的電源，乳件自然冷至100 °C?900 °C，再將溫度為100°C?900°C軋件從加熱爐中取出，自然冷卻至室溫，得到帶有包套的軋制板材；
[0042]六、去除包套:
[0043]采用機(jī)械加工方法去除步驟五中得到的帶有包套的軋制板材中的包套，得到TiAl合金板材。
[0044]一、本實(shí)施方式中采用放電等離子燒結(jié)方法，放電等離子燒結(jié)可以在較低溫度下，較短的燒結(jié)時(shí)間內(nèi)制備出致密度