CN100496816C

CN100496816C - 一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法

Info

Publication number: CN100496816C
Application number: CNB2007100717141A
Authority: CN
Inventors: 陈玉勇; 孔凡涛
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2027-01-31
Also published as: CN101011739A

Abstract

一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法，它涉及一种制备TiAl合金复合板材的方法，本发明的目的是为解决现有技术不能获得尺寸大、厚度薄的钛合金/TiAl合金复合板材的缺点。本发明将元素粉末按照一定比例进行混粉，使几种粉末混合均匀，然后将混合均匀后的粉末先经过冷轧或冷模压得到预制板坯，然后将预制板坯与一定厚度的钛合金板材进行共同包套，将包套后的整体材料进行热压或热等静压处理，去除包套得到钛合金与TiAl合金复合板材。本发明避开了TiAl合金块材塑性低、加工性能差的技术缺陷，制备出的板材致密，板材厚度薄，综合力学性能也更加优良，可得到高性能、大尺寸的钛合金/TiAl合金复合薄板材。

Description

一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法

技术领域

本发明涉及一种制备TiAl合金复合板材的方法。

背景技术

TiAl合金(或TiAl金属间化合物)具有密度低、高的比强度和比弹性模量，在高温时仍可以保持足够高的强度和刚度，同时它还具有良好的抗蠕变及抗氧化能力等突出的特点，在航天、航空及汽车等领域具有广泛的应用前景。TiAl合金的使用温度可以达到700-900℃。TiAl合金板材是该种材料实用化过程中最为急需的材料，但是TiAl合金板材室温塑性低、加工性能差等缺点严重阻碍了板材的应用。专利申请号为200510009906.0、公开号为CN1672918A、公开日为2005年9月28日、名称为“一种TiAl金属间化合物-钛合金复合板材及其制备方法”的发明专利申请，公开了一种TiAl合金复合板材的制备方法，该专利申请是采用原始材料为TiAl合金块材和钛合金进行复合轧制得到复合板材，但是由于TiAl合金块材塑性较低、加工性能差，采用该专利制备大尺寸的钛合金/TiAl合金复合薄板材在轧制过程中容易产生裂纹。因此该种方法不容易得到厚度薄、尺寸大的板材，该方法得到的板材厚度一般大于0.5mm，尺寸小于500×500mm。另外，该方法得到的复合板材中TiAl合金的晶粒尺寸比较大，与细晶TiAl合金复合板材相比，塑性、强度相对较低。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术不能获得尺寸大、厚度薄的钛合金/TiAl合金复合板材的问题。提供一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法。本发明工艺简单、制备成本较低，能够改善TiAl合金板材室温塑性低、加工性能差等缺点，得到的板材致密，板材厚度更薄，综合力学性能也更加优良，可制备出高性能、大尺寸的钛合金/TiAl合金复合薄板材。本发明的技术方案包含以下步骤：一、准备原始材料：取Ti粉、Al粉和其它粉末，其它粉末为Nb、Cr、Mn、V、Ni、W、Hf、Ta、Mo、Zr、Si、Y、La、Ce、C、B、TiC、TiB、TiB₂粉末的一种或一种以上的混合，Ti粉、Al粉和其它粉末的颗粒尺寸均小于200微米，原始材料中Ti粉占总粉末的35-60at.％，Al粉占总粉末的35-55at.％，余量为其它粉末；二、混粉：将Ti粉、Al粉以及其它粉末混合，进行混粉，混粉时间为1～100小时，使几种粉末混合均匀；三、预制板坯的制备：将混合均匀后的粉末先经过冷轧或冷模压得到预制板坯，预制板坯的厚度为0.4-25mm；四、包套：将预制板坯与一定厚度的钛合金(或纯钛)板材进行共同包套，包套材料采用不锈钢、纯钛或钛合金，包套厚度为0.5-20mm，其中预制板坯与钛合金(或纯钛)板材进行叠层放置，叠层中钛合金(或纯钛)板材保证至少一层(一层或多层)，预制板坯与钛合金(或纯钛)板材间隔开，包套后整体进行脱气和密封；五、热压或热等静压：密封后的整体材料进行热压或热等静压处理，经过本工艺元素粉末发生反应，生成TiAl合金(或TiAl金属间化合物)，并与钛合金板复合，热压工艺为：温度600-1500℃，压力20-200MPa，时间0.2-10小时；热等静压工艺为：温度700-1450℃，压力30-300MPa，时间0.5-4小时；六、包套去除：通过机加工去除包套，从而得到钛合金与TiAl合金复合板材。与现有技术相比，本发明工艺简单、制备成本较低，避开了TiAl合金块材塑性低、加工性能差的技术缺陷，制备出的板材致密，板材厚度更薄，综合力学性能也更加优良，可得到高性能、大尺寸的钛合金/TiAl合金复合薄板材。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：(参见图1)本实施方式的技术方案通过以下步骤实现：一、准备原始材料：取Ti粉、Al粉和其它粉末，其它粉末为Nb、Cr、Mn、V、Ni、W、Hf、Ta、Mo、Zr、Si、Y、La、Ce、C、B、TiC、TiB、TiB₂粉末的一种或一种以上的混合，Ti粉、Al粉和其它粉末的颗粒尺寸均小于200微米，原始材料中Ti粉占总粉末的35-60at.％，Al粉占总粉末的35-55at.％，余量为其它粉末；二、混粉：将Ti粉、Al粉以及其它粉末混合，进行混粉，混粉时间为1～100小时，使几种粉末混合均匀；三、预制板坯的制备：将混合均匀后的粉末先经过冷轧或冷模压得到预制板坯，预制板坯的厚度为0.4-25mm；四、包套：将预制板坯与一定厚度的钛合金(或纯钛)板材进行共同包套，包套材料采用不锈钢、纯钛或钛合金，包套厚度为0.5-20mm，其中预制板坯与钛合金(或纯钛)板材进行叠层放置，叠层中钛合金(或纯钛)板材保证至少一层(一层或多层)，预制板坯与钛合金(或纯钛)板材间隔开，包套后整体进行脱气和密封；五、热压或热等静压：密封后的整体材料进行热压或热等静压处理，经过本工艺元素粉末发生反应，生成TiAl合金(或TiAl金属间化合物)，并与钛合金板复合，热压工艺为：温度600-1500℃，压力20-200MPa，时间0.2-10小时；热等静压工艺为：温度700-1450℃，压力30-300MPa，时间0.5-4小时；六、包套去除：通过机加工去除包套，从而得到钛合金与TiAl合金复合板材。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于，增加了高温轧制步骤，将具体实施方式一得到的钛合金与TiAl合金复合板材再进行高温轧制，轧制前采用不锈钢、纯钛或钛合金进行包套，包套厚度为0.5-20mm，轧制工艺为：将整体材料放入加热炉中加热到750-1400℃，并保温6-45分钟，然后迅速放入轧机开轧；道次变形量为4-18％，道次间回炉5-20分钟，轧制总变形量为10-60％，轧制后整体材料在750-1400℃随炉冷却至450-650℃，再空冷至室温。通过本实施方式进一步加工，得到的板材更加致密，板材厚度更薄，综合力学性能也更加优良。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于，原始材料为Ti粉、Al粉、Nb粉和Cr粉，粉末的颗粒尺寸为5～30微米，原始材料中Ti粉占总粉末的49at.％、Al粉占总粉末的47at.％、Nb粉占总粉末的2at.％、Cr粉占总粉末的2at.％；将Ti粉、Al粉、Nb粉、Cr粉混合进行混粉，混粉时间为10小时，使几种粉末混合均匀，混合后的元素粉末经过冷模压得到预制板坯，预制板坯的厚度为7mm；将一层预制板坯与一层厚度为3mm的纯钛板材叠层放置，然后进行共同包套，包套材料采用304#不锈钢，包套厚度为2mm；包套后整体进行脱气和密封；密封后的整体材料进行热等静压处理，热等静压工艺为：温度1350℃，压力250MPa，时间3小时；热等静压后，元素粉末(Ti粉、Al粉、Nb粉、Cr粉)发生反应，生成TiAl金属间化合物，并与纯钛板复合，采用机加工的方法去除包套，得到Ti/TiAl合金复合板材。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于，原始材料为Ti粉、Al粉和V粉，粉末的颗粒尺寸为10～25微米，原始材料中Ti粉占总粉末的48at.％，Al粉占总粉末的43at.％，V粉占总粉末的9at.％，将Ti粉、Al粉和V粉混合进行混粉，混粉时间为15小时，使几种粉末混合均匀，混合后的元素粉末经过冷轧得到预制板坯，预制板坯的厚度为10mm，将两层预制板坯与一层厚度为4mm的Ti-6Al-4V合金板材叠层放置(放置次序为：预制板坯/钛合金板/预制板坯)，然后进行共同包套，包套材料采用304#不锈钢，包套厚度为3mm，包套后整体进行脱气和密封，密封后的整体材料进行热等静压处理，热等静压工艺为：温度1400℃，压力280MPa，时间4小时，热等静压后，元素粉末(Ti粉、Al粉、V粉)发生反应，生成TiAl金属间化合物，并与Ti-6Al-4V合金板材复合，采用机加工的方法去除包套，得到钛合金/TiAl合金复合板材。得到钛合金/TiAl合金复合板材后再一次进行包套，包套材料采用Ti-6Al-4V合金，包套厚度为6mm，然后整体材料进行高温轧制，轧制工艺为：将整体材料放入加热炉中加热到1100℃，并保温35分钟，然后迅速放入轧机开轧；道次变形量为15％，道次间回炉10分钟，轧制总变形量为50％，轧制后整体材料在1100℃随炉冷却至500℃，再空冷至室温。采用机加工的方法去除包套，得到最终的钛合金/TiAl合金复合板材。该方法得到的板材更加致密，板材厚度更薄，综合力学性能也更加优良。

Claims

1、一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法包含以下步骤：一、准备原始材料：取Ti粉、Al粉和其它粉末，其它粉末为Nb、Cr、Mn、V、Ni、W、Hf、Ta、Mo、Zr、Si、Y、La、Ce、C、B、TiC、TiB、TiB₂粉末的一种或一种以上的混合，Ti粉、Al粉和其它粉末的颗粒尺寸均小于200微米，原始材料中Ti粉占总粉末的35-60at.％，Al粉占总粉末的35-55at.％，余量为其它粉末；二、混粉：将Ti粉、Al粉以及其它粉末混合，进行混粉，混粉时间为1～100小时，使几种粉末混合均匀；三、预制板坯的制备：将混合均匀后的粉末先经过冷轧或冷模压得到预制板坯，预制板坯的厚度为0.4-25mm；四、包套：将预制板坯与一定厚度的钛合金板材进行共同包套，包套材料采用不锈钢、纯钛或钛合金，包套厚度为0.5-20mm，其中预制板坯与钛合金板材进行叠层放置，叠层中钛合金板材保证至少一层，预制板坯与钛合金板材间隔开，包套后整体进行脱气和密封；五、热压或热等静压：密封后的整体材料进行热压或热等静压处理，经过本工艺元素粉末发生反应，生成TiAl合金或TiAl金属间化合物，并与钛合金板复合，热压工艺为：温度600-1500℃，压力20-200MPa，时间0.2-10小时；热等静压工艺为：温度700-1450℃，压力30-300MPa，时间0.5-4小时；六、包套去除：通过机加工去除包套，从而得到钛合金与TiAl合金复合板材。

2、根据权利要求1所述的一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法还包含高温轧制步骤，将权利要求1得到的钛合金与TiAl合金复合板材再进行高温轧制，轧制前采用不锈钢、纯钛或钛合金进行包套，包套厚度为0.5-20mm，轧制工艺为：将整体材料放入加热炉中加热到750-1400℃，并保温6-45分钟，然后迅速放入轧机开轧；道次变形量为4-18％，道次间回炉5-20分钟，轧制总变形量为10-60％，轧制后整体材料在750-1400℃随炉冷却至450-650℃，再空冷至室温即可。

3、根据权利要求1或2所述的一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于原始材料为Ti粉、Al粉、Nb粉和Cr粉，粉末的颗粒尺寸为5～30微米，原始材料中Ti粉占总粉末的49at.％、Al粉占总粉末的47at.％、Nb粉占总粉末的2at.％、Cr粉占总粉末的2at.％。

4、根据权利要求1或2所述的一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于原始材料为Ti粉、Al粉和V粉，粉末的颗粒尺寸为10～25微米，原始材料中Ti粉占总粉末的48at.％，Al粉占总粉末的43at.％，V粉占总粉末的9at.％。

5、根据权利要求1或2所述的一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于预制板坯的厚度为7mm。

6、根据权利要求1或2所述的一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于预制板坯的厚度为10mm。

7、根据权利要求1或2所述的一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于包套材料采用304#不锈钢。

8、根据权利要求1或2所述的一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于包套厚度为2mm。

9、根据权利要求1或2所述的一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于热等静压工艺为：温度1350℃，压力250MPa，时间3小时。

10、根据权利要求1或2所述的一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于热等静压工艺为：温度1400℃，压力280MPa，时间4小时。