一種預(yù)熱壓復(fù)合及包套熱軋制備TiAl/Ti合金層狀復(fù)合板材的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種制備合金層狀復(fù)合板材的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]新型航空、航天器及其發(fā)動(dòng)機(jī)的一些主要構(gòu)件的工況已接近常規(guī)高溫材料的使用極限，要進(jìn)一步提高飛行器的性能，就迫切需要選用輕質(zhì)、耐高溫和綜合性能優(yōu)良的新型高溫結(jié)構(gòu)材料，以及采用更可靠、更優(yōu)化的新工藝和新結(jié)構(gòu)。
[0003]但是由于TiAl合金的本征特性，屬于難熱塑性變形材料，板材乳制相關(guān)的約束條件較多，乳制過程中材料的熱應(yīng)變狀態(tài)也非常復(fù)雜，容易開裂，得到大尺寸、高質(zhì)量板材非常困難。制備技術(shù)上的瓶頸阻礙了 TiAl合金板材的工程化應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有TiAl合金板材乳制相關(guān)的約束條件較多，乳制過程中材料的熱應(yīng)變狀態(tài)也非常復(fù)雜，容易開裂，得到大尺寸、高質(zhì)量板材非常困難的問題，而提供一種預(yù)熱壓復(fù)合及包套熱乳制備TiAl/Ti合金層狀復(fù)合板材的方法。
[0005]—種預(yù)熱壓復(fù)合及包套熱乳制備TiAl/Ti合金層狀復(fù)合板材的方法，具體是按以下步驟完成的:
[0006]—、原材料準(zhǔn)備:準(zhǔn)備TiAl合金；準(zhǔn)備純鈦或鈦合金；
[0007]步驟一中所述TiAl合金的名義化學(xué)成分為T1-(40?44.5)A1_(0.5?10)X-(0.1?2)Z(at% )，其中X為beta相穩(wěn)定元素，Z為微合金化元素；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]二、切割加工:
[0011]對步驟一準(zhǔn)備的TiAl合金和純鈦或鈦合金進(jìn)行線切割和倒圓角，得到預(yù)制TiAl合金板坯和預(yù)制純鈦或鈦合金板坯；所述預(yù)制TiAl合金板坯的表面光潔度為Ra6?Ra8 ；所述預(yù)制純鈦或鈦合金板還的表面光潔度為Ra6?Ra8 ；
[0012]步驟二中所述的預(yù)制TiAl合金板還的長為1mm?500mm，寬為1mm?500mm，厚度為 0.3mm ?30mm ；
[0013]步驟二中所述的預(yù)制純鈦或鈦合金板還的長為1mm?500mm，寬為1mm?500mm,厚度為 0.3mm ?30mm ；
[0014]三、熱壓復(fù)合:將預(yù)制TiAl合金板坯與預(yù)制純鈦或鈦合金板坯進(jìn)行疊放；疊放方式為:以預(yù)制TiAl合金板坯/預(yù)制純鈦或鈦合金板坯的方式交替疊放預(yù)制TiAl合金板坯和預(yù)制純鈦或鈦合金板坯至2n+l層，得到最終堆疊板坯；其中，η為I?50的整數(shù)；最終堆疊板坯的兩側(cè)為預(yù)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0.0lPa?IPa下，將石墨模具真空脫氣，然后以升溫溫度為10°C /min?200°C /min，將真空脫氣后的石墨模具升溫至1000°C?1300°C，在溫度為1000°C?1300°C及壓力為IMPa?200MPa下，將石墨模具在熱壓機(jī)上加熱加壓2min?180min，隨爐冷卻，得到預(yù)乳制復(fù)合還料；
[0015]四、包套:
[0016]將步驟三得到的預(yù)乳制復(fù)合坯料放入包套中，再進(jìn)行封焊，得到封焊后包有預(yù)乳制復(fù)合坯料的包套；
[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]五、高溫包套乳制:
[0019]將步驟四得到的封焊后包有預(yù)乳制復(fù)合坯料的包套放入加熱爐中，再將加熱爐從室溫升溫至1000°C?1350 °C，再在溫度為1000°C?1350°C下保溫5min?120min，再將溫度為1000°C?1350 °C封焊后包有預(yù)乳制復(fù)合坯料的包套放置在乳機(jī)上，在乳制速率為0.0 lm/s?2.5m/s、道次變形量為5%?40%、乳制總變形量為30%?90%和道次回爐溫度為1000°C?1350°C下，保溫5min?60min的條件下進(jìn)行乳制，得到乳件；再將乳件放置在溫度為1000°C?1350°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?600°C，再將溫度為100°C?600°C乳件從加熱爐中取出，自然冷卻至室溫，得到包有預(yù)制板坯的包套乳件；
[0020]六、去除包套:
[0021]采用機(jī)械加工方法去除步驟五中得到的包有預(yù)制板坯的包套乳件的包套，得到TiAl/Ti合金層狀復(fù)合板材。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0023]本發(fā)明引入鈦合金作為增韌相，可以提高復(fù)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(shí)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(fù)合工藝后，可以有效的減少氧化夾雜物，提高板材的力學(xué)性能。
[0024]本發(fā)明獲得的TiAl/Ti合金板材的尺寸為220mmX80mmX (I?5)mm，室溫抗拉強(qiáng)度為1150MPa，室溫塑性為4?5%。700°C抗拉強(qiáng)度可達(dá)850MPa，700°C塑性為12?16%。
[0025]本發(fā)明可獲得一種預(yù)熱壓復(fù)合及包套熱乳制備TiAl/Ti合金層狀復(fù)合板材的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0026]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式是一種預(yù)熱壓復(fù)合及包套熱乳制備TiAl/Ti合金層狀復(fù)合板材的方法，具體是按以下步驟完成的:
[0027]—、原材料準(zhǔn)備:準(zhǔn)備TiAl合金；準(zhǔn)備純鈦或鈦合金；
[0028]步驟一中所述TiAl合金的名義化學(xué)成分為T1- (40?44.5) Al-(0.5?10)X-(0.1?2)Z(at% )，其中X為beta相穩(wěn)定元素，Z為微合金化元素；
[0029]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；
[0030]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；
[0031]二、切割加工:
[0032]對步驟一準(zhǔn)備的TiAl合金和純鈦或鈦合金進(jìn)行線切割和倒圓角，得到預(yù)制TiAl合金板坯和預(yù)制純鈦或鈦合金板坯；所述預(yù)制TiAl合金板坯的表面光潔度為Ra6?Ra8 ；所述預(yù)制純鈦或鈦合金板還的表面光潔度為Ra6?Ra8 ；
[0033]步驟二中所述的預(yù)制TiAl合金板還的長為1mm?500mm，寬為1mm?500mm，厚度為 0.3mm ?30mm ；
[0034]步驟二中所述的預(yù)制純鈦或鈦合金板還的長為1mm?500mm，寬為1mm?500mm,厚度為 0.3mm ?30mm ；
[0035]三、熱壓復(fù)合:將預(yù)制TiAl合金板坯與預(yù)制純鈦或鈦合金板坯進(jìn)行疊放；疊放方式為:以預(yù)制TiAl合金板坯/預(yù)制純鈦或鈦合金板坯的方式交替疊放預(yù)制TiAl合金板坯和預(yù)制純鈦或鈦合金板坯至2n+l層，得到最終堆疊板坯；其中，η為I?50的整數(shù)；最終堆疊板坯的兩側(cè)為預(yù)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0.0lPa?IPa下，將石墨模具真空脫氣，然后以升溫溫度為10°C /min?200°C /min，將真空脫氣后的石墨模具升溫至1000°C?1300°C，在溫度為1000°C?1300°C及壓力為IMPa?200MPa下，將石墨模具在熱壓機(jī)上加熱加壓2min?180min，隨爐冷卻，得到預(yù)乳制復(fù)合還料；
[0036]四、包套:
[0037]將步驟三得到的預(yù)乳制復(fù)合坯料放入包套中，再進(jìn)行封焊，得到封焊后包有預(yù)乳制復(fù)合坯料的包套；
[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]五、高溫包套乳制:
[0040]將步驟四得到的封焊后包有預(yù)乳制復(fù)合坯料的包套放入加熱爐中，再將加熱爐從室溫升溫至1000°C?1350 °C，再在溫度為1000°C?1350°C下保溫5min?120min，再將溫度為1000°C?1350 °C封焊后包有預(yù)乳制復(fù)合坯料的包套放置在乳機(jī)上，在乳制速率為0.0 lm/s?2.5m/s、道次變形量為5%?40%、乳制總變形量為30%?90%和道次回爐溫度為1000°C?1350°C下，保溫5min?60min的條件下進(jìn)行乳制，得到乳件；再將乳件放置在溫度為1000°C?1350°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?600°C，再將溫度為100°C?600°C乳件從加熱爐中取出，自然冷卻至室溫，得到包有預(yù)制板坯的包套乳件；
[0041]六、去除包套:
[0042]采用機(jī)械加工方法去除步驟五中得到的包有預(yù)制板坯的包套乳件的包套，得到TiAl/Ti合金層狀復(fù)合板材。
[0043]【具體實(shí)施方式】的有益效果:
[0044]本【具體實(shí)施方式】引入鈦合金作為增韌相，可以提高復(fù)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(shí)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(fù)合工藝后，可以有效的減少氧化夾雜物，提高板材的力學(xué)性能。
[0045]本【具體實(shí)施方式】獲得的TiAl/Ti合金板材的尺寸為220mmX80mmX (I?5)mm，室溫抗拉強(qiáng)度為1150MPa，室溫塑性為4?5%。700°C抗拉強(qiáng)度可達(dá)850MPa，700°C塑性為12 ?16%。
[0046]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同點(diǎn)是:步驟一中所述的beta相穩(wěn)定元素為Mo、Cr、Nb、V、W、Fe和Mn中的一種或其中幾種的混合。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0047]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同點(diǎn)是:步驟一中所述的微合金化元素為B、C和Y中的一種或其中幾種的混合。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0048]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同點(diǎn)是:步驟五中將步驟四得到的封焊后包有預(yù)乳制復(fù)合坯料的包套放入加熱爐中，再將加熱爐從室溫升溫至1000°C?1350°C，再在溫度為1000 °C?1350°C下保溫5min?lOOmin，再將溫度