CN101011740A - 一种预合金化粉末制备TiAl合金复合板材的方法 - Google Patents

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一种预合金化粉末制备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TiAl合金预合金化粉末经过冷模压得到预制板坯，预制板坯的厚度为0.4～10mm；将预制板坯与厚度为0.2～5mm的钛合金(或纯钛)板材叠层放置，叠层放置的预制板坯与钛合金板材中，钛合金板材保证至少一层，预制板坯与钛合金(或纯钛)板材要间隔开，然后进行共同包套，包套后整体进行脱气和密封；然后进行热等静压和高温轧制，轧制后去除包套，得到钛合金/TiAl合金复合板材。本发明具有可制备出大尺寸的钛合金/TiAl合金复合薄板材，并且显著改善复合板材的塑性、强度以及加工性能的优点。

Description

一种预合金化粉末制备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，提供一种预合金化粉末制备TiAl合金复合板材的方法。本发明采用预合金化粉末热等静压-轧制复合工艺，可制备出大尺寸的钛合金/TiAl合金复合薄板材，并且本发明的钛合金/TiAl合金复合板材中TiAl合金晶粒尺寸较小(晶粒尺寸小于10微米)，可以显著改善复合板材的塑性、强度以及加工性能。本发明的技术方案是通过以下步骤实现的：一、准备原始材料：原始材料为TiAl合金预合金化粉末，TiAl合金预合金化粉末中铝含量为35～55at.％，钛含量为35～60at.％，余量为至少包括一种以下元素或化合物：Nb、Cr、Mn、V、Ni、W、Hf、Ta、Mo、Zr、Si、Y、La、Ce、C、B、TiC、TiB、TiB2，TiAl合金预合金化粉末的颗粒尺寸小于200微米；二、预制板坯的制备：TiAl合金预合金化粉末经过冷模压得到预制板坯，预制板坯的厚度为0.4～10mm；三、包套：将预制板坯与厚度为0.2～5mm的钛合金(或纯钛)板材叠层放置，然后进行共同包套，包套材料可以采用不锈钢、纯钛或钛合金，包套厚度为3～20mm，叠层放置的预制板坯与钛合金(或纯钛)板材中，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)板材要间隔开，包套后整体进行脱气和密封；四、热等静压：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800～1300℃、压力50～300MPa、时间0.5～4小时：五、高温轧制：轧制工艺为：将整体材料放入加热炉中加热到600～1300℃，并保温5～40分钟，然后迅速放入轧机开轧；道次变形量为2～20％，轧制总变形量为30～80％，轧制后整体材料随炉冷却至400～600℃，再空冷至室温；六、包套去除：采用机加工的方法去除包套，得到钛合金/TiAl合金复合板材。本发明与现有技术相比，本发明的钛合金/TiAl合金复合板材制备方法避开了TiAl合金块材塑性较低、加工性能差的技术缺陷，采用预合金化粉末热等静压-轧制复合工艺，可制备出大尺寸的钛合金/TiAl合金复合薄板材，本发明得到的钛合金/TiAl合金复合板材厚度和尺寸可以控制，最终板材最小厚度可以达到0.2mm，尺寸最大可以达到1000×2000mm。并且本发明的钛合金/TiAl合金复合板材中TiAl合金晶粒尺寸较小(晶粒尺寸小于10微米)，可以显著改善复合板材的塑性、强度以及加工性能。
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是通过以下步骤实现的：一、准备原始材料：原始材料为TiAl合金预合金化粉末，TiAl合金预合金化粉末中铝含量为35～55at.％，钛含量为35～60at.％，余量为：Nb、Cr、Mn、V、Ni、W、Hf、Ta、Mo、Zr、Si、Y、La、Ce、C、B、TiC、TiB、TiB2元素或化合物中的一种，或者两种以上的混合，TiAl合金预合金化粉末的颗粒尺寸小于200微米；二、预制板坯的制备：TiAl合金预合金化粉末经过冷模压得到预制板坯，预制板坯的厚度为0.4～10mm；三、包套：将预制板坯与厚度为0.2～5mm的钛合金(或纯钛)板材叠层放置，然后进行共同包套，包套材料可以采用不锈钢、纯钛或钛合金，包套厚度为3～20mm，叠层放置的预制板坯与钛合金(或纯钛)板材中，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)板材要间隔开，包套后整体进行脱气和密封；四、热等静压：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800～1300℃、压力50～300MPa、时间0.5～4小时；五、高温轧制：轧制工艺为：将整体材料放入加热炉中加热到600～1300℃，并保温5～40分钟，然后迅速放入轧机开轧；道次变形量为2～20％，轧制总变形量为30～80％，轧制后整体材料随炉冷却至400～600℃，再空冷至室温；六、包套去除：采用机加工的方法去除包套，得到钛合金/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，TiAl合金预合金化粉末通过气体雾化方法制备，TiAl合金预合金化粉末的成分为Ti-45Al-9Nb-0.25Y(原子百分比)，粉末颗粒尺寸为小于50微米；Ti-45Al-9Nb-0.25Y合金粉末经过冷模压得到预制板坯，预制板坯的厚度为8mm；将两层预制板坯与一层厚度为5mm的纯钛板材叠层放置(放置次序为：预制板坯/纯钛板/预制板坯)，然后进行共同包套，包套材料采用Ti-6Al-4V合金，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1050℃、压力150MPa、时间3小时。热等静压处理后的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1150℃，并保温40分钟，然后迅速放入轧机开轧；道次变形量为12％，轧制总变形量为75％。轧制后整体材料随炉冷却至600℃，再空冷至室温。采用机加工的方法去除包套，得到TiAl/Ti/TiAl合金复合板材。其它方法与具体实施方式一相同。本实施方式制备的板材的优点在于：由于TiAl合金预合金化粉末通过气体雾化方法制备，预合金化粉末中杂质含量低、晶粒尺寸小，复合板材的室温塑性可以得到显著改善。
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，TiAl合金预合金化粉末通过机械球磨(机械合金化)方法制备，TiAl合金预合金化粉末的成分为Ti-46.5Al-3Nb-2Cr-0.4B(原子百分比)，粉末颗粒尺寸为5～30微米。Ti-46.5Al-3Nb-2Cr-0.4B合金粉末经过冷模压得到预制板坯，预制板坯的厚度为5mm。将一层预制板坯与一层厚度为3mm的Ti-6Al-4V合金板材叠层放置，然后进行共同包套，包套材料采用304#不锈钢，包套厚度为5mm。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950℃，压力100MPa，时间2小时。热等静压处理后的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30分钟，然后迅速放入轧机开轧；道次变形量为15％，轧制总变形量为70％。轧制后整体材料随炉冷却至500℃，再空冷至室温。采用机加工的方法去除包套，得到钛合金/TiAl合金复合板材。其它方法与具体实施方式一相同。本实施方式制备的板材的优点在于：由于TiAl合金预合金化粉末机械球磨(机械合金化)方法制备，预合金化粉末可以形成非晶或纳米晶，制备的复合板材中TiAl合金的晶粒更加细小，可以形成纳米晶TiAl合金复合板材，能够显著改善复合板材的综合力学性能。

Claims (10)

1、一种预合金化粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于预合金化粉末制备TiAl合金复合板材方法的技术方案是通过以下步骤实现的：一、准备原始材料：原始材料为TiAl合金预合金化粉末，TiAl合金预合金化粉末中铝含量为35～55at.％，钛含量为35～60at.％，余量为：Nb、Cr、Mn、V、Ni、W、Hf、Ta、Mo、Zr、Si、Y、La、Ce、C、B、TiC、TiB、TiB2元素或化合物中的一种，或者两种以上的混合，TiAl合金预合金化粉末的颗粒尺寸小于200微米；二、预制板坯的制备：TiAl合金预合金化粉末经过冷模压得到预制板坯，预制板坯的厚度为0.4～10mm；三、包套：将预制板坯与厚度为0.2～5mm的钛合金板材叠层放置，然后进行共同包套，包套材料可以采用不锈钢、纯钛或钛合金，包套厚度为3～20mm，叠层放置的预制板坯与钛合金板材中，钛合金板材保证至少一层，预制板坯与钛合金板材要间隔开，包套后整体进行脱气和密封；四、热等静压：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800～1300℃、压力50～300MPa、时间0.5～4小时；五、高温轧制：轧制工艺为：将整体材料放入加热炉中加热到600～1300℃，并保温5～40分钟，然后迅速放入轧机开轧；道次变形量为2～20％，轧制总变形量为30～80％，轧制后整体材料随炉冷却至400～600℃，再空冷至室温；六、包套去除：采用机加工的方法去除包套，得到钛合金/TiAl合金复合板材。
2、根据权利要求1所述的一种预合金化粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于按原子百分比TiAl合金预合金化粉末的成分为Ti-45Al-9Nb-0.25Y。
3、根据权利要求1所述的一种预合金化粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于按原子百分比TiAl合金预合金化粉末的成分为Ti-46.5Al-3Nb-2Cr-0.4B。
4、根据权利要求1所述的一种预合金化粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于粉末颗粒尺寸为小于50微米。
5、根据权利要求1所述的一种预合金化粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于粉末颗粒尺寸为5～30微米。
6、根据权利要求1所述的一种预合金化粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于预制板坯的厚度为8mm。
7、根据权利要求1所述的一种预合金化粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于热等静压工艺为：温度1050℃、压力150MPa、时间3小时。
8、根据权利要求1所述的一种预合金化粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于热等静压工艺为：温度950℃，压力100MPa，时间2小时。
9、根据权利要求1所述的一种预合金化粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于道次变形量为12％，轧制总变形量为75％。
10、根据权利要求1所述的一种预合金化粉末制备TiAl合金复合板材的方法，其特征在于道次变形量为15％，轧制总变形量为70％。
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