一種粉末冶金制備TiAl/Ti合金層狀復(fù)合板材的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種粉末冶金制備TiAI/Ti合金層狀復(fù)合板材的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，對(duì)飛行器的要求也越來越高。飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的減重對(duì)飛行器自身性能的提升具有重要意義。目前廣泛使用的Ni基高溫合金因其密度較大已經(jīng)無法滿足發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步減重的要求。因此，迫切需要發(fā)展新型輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料。TiAl合金以其密度低、高溫強(qiáng)度高、抗蠕變性能好及抗氧化能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，成為替代Ni基合金的主要備選材料。TiAl合金使用溫度較高，可達(dá)到700°C?900°C?；赥iAl合金優(yōu)異的性能，開展TiAl合金的研究對(duì)于早日實(shí)現(xiàn)其工程化應(yīng)用具有重要意義。
[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)明的目的是為了解決板材乳制過程中材料容易開裂、強(qiáng)度不高、室溫塑性低的問題，而提供了一種粉末冶金制備TiAI/Ti合金層狀復(fù)合板材的方法。
[0005]本發(fā)明的一種粉末冶金制備TiAI/Ti合金層狀復(fù)合板材的方法，它是按以下步驟完成的:
[0006]一、原材料準(zhǔn)備:稱取粒徑為0.5μπι?250 μπι的名義化學(xué)成分為T1-(40?44.5)Al-(0.5?10) X-(0.1?2) Z (at % )的TiAl預(yù)合金粉，稱取粒徑為0.5 μ m?250 μ m的純鈦或鈦合金預(yù)合金粉；
[0007]其中，X為beta相穩(wěn)定元素，Z為微合金化元素；
[0008]步驟一中所述的名義化學(xué)成分為T1-(40?44.5)Α1-(0.5?10)Χ_(0.I?2)Z(at% )的TiAl預(yù)合金粉末是通過惰性氣體霧化方法或旋轉(zhuǎn)電極霧化方法制備得到的；
[0009]步驟一中所述的純鈦或鈦合金預(yù)合金粉末是通過惰性氣體霧化方法或旋轉(zhuǎn)電極霧化方法制備得到的；
[0010]二、放電等離子燒結(jié):將步驟一中稱取的粒徑為0.5 μ m?250 μ m的名義化學(xué)成分為T1-(40?44.5) Al-(0.5?10) X- (0.1?2) Z (at % )的TiAl預(yù)合金粉末放入石墨容器中，真空脫氣，進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，得到致密度為95%?100%的TiAl合金板坯；
[0011]三、將步驟一中稱取的粒徑為0.5 μπι?250 μm的純鈦或鈦合金預(yù)合金粉放入石墨容器中，真空脫氣，進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，得到致密度為95 %?100 %的純鈦或鈦合金板坯；
[0012]步驟二和步驟三中所述的真空脫氣的溫度均為室溫，真空度均為0.01?IPa ;
[0013]步驟二和步驟三中所述的放電等離子燒結(jié)的升溫速率均為10°C /min?200°C /min ；
[0014]步驟二和步驟三中所述的放電等離子燒結(jié)的溫度均為900°C?1400°C，壓力均為5MPa?lOOMPa，保溫時(shí)間均為2min?180min，保溫后隨爐冷卻；
[0015]四、切割加工:將得到的TiAl合金板坯和純鈦或鈦合金板坯進(jìn)行線切割和倒圓角，得到表面光潔度均為Ra6?Ra8、長(zhǎng)寬均為(10?200)mmX (10?200)mm且厚度均為
0.3?30mm的TiAl合金預(yù)制板還和純鈦或鈦合金預(yù)制板還；
[0016]五、包套:將步驟四中TiAl合金預(yù)制板還和純鈦或鈦合金預(yù)制板還進(jìn)行疊放；疊放方式為:以TiAl合金預(yù)制板坯/純鈦或鈦合金預(yù)制板坯的方式交替疊放TiAl合金預(yù)制板坯和純鈦或鈦合金預(yù)制板坯至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TiAl合金預(yù)制板坯；
[0017]將最終堆疊板坯置于包套內(nèi)，再進(jìn)行焊封；
[0018]六、高溫包套乳制:將步驟五得到的封焊后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，再將包套放置在乳機(jī)上，在乳制速率為0.0lm/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、保溫時(shí)間為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的加熱爐中，關(guān)掉加熱爐的電源，待乳件自然冷卻至100°C?600°C，再將乳件從加熱爐中取出，自然冷卻至室溫，得到包有包套的乳件；
[0019]七、去除包套:
[0020]采用機(jī)械加工方法去除步驟六中得到的包有包套的乳件中的包套，即得TiAl/Ti合金層狀復(fù)合板材。
[0021]本發(fā)明包含以下有益效果:
[0022]本發(fā)明采用的放電等離子燒結(jié)技術(shù)集粉末成形和燒結(jié)于一體，不需要預(yù)先成形，也不需要任何添加劑和粘結(jié)劑。其加熱均勻、升溫快、燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時(shí)間短、效率高、組織細(xì)小均勻，保護(hù)原材料的自然狀態(tài)，可得到高致密度的材料，有利于板材的后續(xù)成形。有利于制備出大尺寸，高強(qiáng)度，高塑性的TiAl/Ti合金層狀復(fù)合材料。
[0023]本發(fā)明通過將制備的TiAl合金預(yù)制板坯和純鈦或鈦合金預(yù)制板坯交替疊層放置引入鈦合金作為增韌相，有利于二者協(xié)調(diào)變形，有利于制備出高強(qiáng)度，高塑性的TiAl/Ti合金層狀復(fù)合材料。
[0024]本發(fā)明獲得的復(fù)合板材的尺寸為230mmX80mmX 1.2mm，室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)1200MPa，室溫塑性為4?5%。700°C抗拉強(qiáng)度可達(dá)900MPa，700°C塑性為10?15%。
【具體實(shí)施方式】
[0025]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種粉末冶金制備TiAl/Ti合金層狀復(fù)合板材的方法，它是按以下步驟完成的:
[0026]一、原材料準(zhǔn)備:稱取粒徑為0.5μπι?250 μπι的名義化學(xué)成分為T1-(40?44.5)Al-(0.5?10) X-(0.1?2) Z (at % )的TiAl預(yù)合金粉，稱取粒徑為0.5 μ m?250 μ m的純鈦或鈦合金預(yù)合金粉；
[0027]其中，X為beta相穩(wěn)定元素，Z為微合金化元素；
[0028]步驟一中所述的名義化學(xué)成分為T1-(40?44.5)Α1_(0.5?10)Χ_(0.I?2)Z(at% )的TiAl預(yù)合金粉末是通過惰性氣體霧化方法或旋轉(zhuǎn)電極霧化方法制備得到的；
[0029]步驟一中所述的純鈦或鈦合金預(yù)合金粉末是通過惰性氣體霧化方法或旋轉(zhuǎn)電極霧化方法制備得到的；
[0030]四、放電等離子燒結(jié):將步驟一中稱取的粒徑為0.5 μπι?250 μπι的名義化學(xué)成分為T1-(40?44.5) Al-(0.5?10) X- (0.1?2) Z (at % )的TiAl預(yù)合金粉末放入石墨容器中，真空脫氣，進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，得到致密度為95%?100%的TiAl合金板坯；
[0031]五、將步驟一中稱取的粒徑為0.5 μπι?250 μm的純鈦或鈦合金預(yù)合金粉放入石墨容器中，真空脫氣，進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，得到致密度為95 %?100 %的純鈦或鈦合金板坯；
[0032]步驟二和步驟三中所述的真空脫氣的溫度均為室溫，真空度均為0.01?IPa ;
[0033]步驟二和步驟三中所述的放電等離子燒結(jié)的升溫速率均為10°C /min?200°C /min ；
[0034]步驟二和步驟三中所述的放電等離子燒結(jié)的溫度均為900°C?1400°C，壓力均為5MPa?lOOMPa，保溫時(shí)間均為2min?180min，保溫后隨爐冷卻；
[0035]四、切割加工:將得到的TiAl合金板坯和純鈦或鈦合金板坯進(jìn)行線切割和倒圓角，得到表面光潔度均為Ra6?Ra8、長(zhǎng)寬均為(