CN101856675B

CN101856675B - TiAl金属间化合物材料的高温热挤压成形方法

Info

Publication number: CN101856675B
Application number: CN2010101991183A
Authority: CN
Inventors: 胡连喜; 王欣; 叶磊; 王尔德; 王珩; 刘祖岩
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2010-06-12
Filing date: 2010-06-12
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2030-06-12
Also published as: CN101856675A

Abstract

TiAl金属间化合物材料的高温热挤压成形方法，它涉及一种TiAl金属间化合物材料的热挤压成形方法。本发明为解决传统热挤压技术对TiAl金属间化合物材料实施挤压时存在坯料向模具散热快、坯料温降大、变形抗力大、模具损伤严重、挤压成形困难的问题。方法：一、制作挤压包套和包套盖；二、将挤压包套置于挤压凹模的内腔中，二者一起预热，温度为200℃～600℃；三、将TiAl金属间化合物挤压坯料加热至1150℃～1300℃后取出迅速放入挤压包套中；四、盖上包套盖；五、合模后进行挤压，使TiAl金属间化合物挤压坯料在挤压包套与包套盖的完全包覆中被挤压成形。本发明用于TiAl金属间化合物材料的高温热挤压成形。

Description

TiAl金属间化合物材料的高温热挤压成形方法

技术领域

本发明涉及一种TiAl金属间化合物材料的热挤压成形方法。

背景技术

TiAl金属间化合物具有密度小、比强度高、比模量高以及优异的耐高温与抗氧化性能，它在航空航天、汽车等工业领域具有极大发展潜力与广阔应用前景。但是，TiAl金属间化合物具有L1₀型晶体结构，晶体对称性低、滑移系少，在1000℃以下具有又硬又脆的力学特性，加工成形非常困难，这是它目前推广应用的主要障碍。对于TiAl材料的挤压加工成形，通常要求在1200℃以上温度采用等温变形的方式，才能顺利进行。然而，传统的等温热挤压过程要求模具温度与坯料温度相同，目前没有合适的模具材料能够满足在如此高温进行等温成形的需要。如果采用普通热挤压工艺方法，降低模具预热与实际工作温度，则挤压过程中高温坯料向低温模具的热量传递极快，使得高温坯料散热快、坯料温降大、变形抗力急增、模具损伤严重、挤压成形非常困难甚至坯料无法挤出等问题。

发明内容

本发明的目的是为解决传统热挤压技术对TiAl金属间化合物材料实施挤压时存在坯料向模具散热快、坯料温降大、变形抗力大、模具损伤严重、挤压成形困难的问题，提供一种TiAl金属间化合物材料的高温热挤压成形方法。

本发明的方法是通过以下步骤实现的：步骤一、制作挤压包套和包套盖：挤压包套和包套盖的原料均按重量百分比由40％-60％的石墨粉、30％-50％的低熔点玻璃粉和5％-15％的空心漂珠粉组成，挤压包套的原料按上述重量百分比配制，在混粉机或球磨机中混匀，在机械压力机上，利用模具将混好的挤压包套粉末原料压制成内腔形状尺寸与TiAl金属间化合物挤压坯料外形相匹配且上端为敞口的挤压包套；包套盖的原料按上述重量百分比配制，在混粉机或球磨机中混匀，在机械压力机上，利用模具将混好的包套盖粉末原料压制成包套盖；步骤二、将挤压包套置于挤压凹模的内腔中，再将挤压包套与挤压凹模一起预热，预热温度为200℃～600℃，同时将包套盖预热，预热温度为200℃～600℃；步骤三、将TiAl金属间化合物挤压坯料在专用加热炉中加热至1150℃～1300℃后取出迅速放入挤压包套的内腔中；步骤四、在挤压包套的上端盖上至少一个预热温度与挤压包套相同的包套盖；步骤五、将凸模与挤压凹模合模后进行挤压，使TiAl金属间化合物挤压坯料在挤压包套与包套盖的完全包覆下被挤压成形，由此获得TiAl金属间化合物材料挤压件。

本发明的有益效果是：一、本发明在挤压凹模1与凸模4的内腔中增加具有隔热、传力和润滑功能的挤压包套，即可以通过挤压包套将挤压凸模施加的挤压力向坯料传递，又能避免高温TiAl金属间化合物挤压坯料与挤压凹模及凸模的直接接触，由此避免TiAl金属间化合物挤压坯料与挤压凹模的摩擦，并阻止高温TiAl金属间化合物挤压坯料向挤压凹模及凸模散热，使TiAl金属间化合物挤压坯料在挤压过程中处于温度基本恒定不变的高温状态；采用本发明的工艺方法在模具预热温度远低于TiAl金属间化合物挤压坯料温度的条件下，对TiAl金属间化合物挤压坯料实施高温热挤压，挤压过程中TiAl金属间化合物挤压坯料散热慢、变形抗力小、模具不受损伤、挤压成形容易。二、本发明提高了TiAl金属间化合物挤压制件的成品率与材料利用率，并有效改善其组织与力学性能，大幅降低模具的预热温度与实际工作温度，延长了模具的使用寿命，每次挤压操作完成后在凹模中不会残留任何金属挤压余料，模具易于清理，简化了生产工序，降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明TiAl金属间化合物材料高温挤压成形前的合模状态图；图2是本发明TiAl金属间化合物材料高温挤压成形状态图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：所述方法是通过以下步骤实现的：步骤一、制作挤压包套2和包套盖3：挤压包套2和包套盖3的原料均按重量百分比由40％-60％的石墨粉、30％-50％的低熔点玻璃粉和5％-15％的空心漂珠粉组成，挤压包套2的原料按上述重量百分比配制，在混粉机或球磨机中混匀，在机械压力机上，利用模具将混好的挤压包套粉末原料压制成内腔形状尺寸与TiAl金属间化合物挤压坯料5外形相匹配且上端为敞口的挤压包套2；包套盖3的原料按上述重量百分比配制，在混粉机或球磨机中混匀，在机械压力机上，利用模具将混好的包套盖粉末原料压制成包套盖3；步骤二、将挤压包套2置于挤压凹模1的内腔中，再将挤压包套2与挤压凹模1一起预热，预热温度为200℃～600℃，同时将包套盖3预热，预热温度为200℃～600℃；步骤三、将TiAl金属间化合物挤压坯料5在专用加热炉中加热至1150℃～1300℃后取出迅速放入挤压包套2的内腔中；步骤四、在挤压包套2的上端盖上至少一个预热温度与挤压包套2相同的包套盖3；步骤五、将凸模4与挤压凹模1合模后进行挤压，使TiAl金属间化合物挤压坯料5在挤压包套2与包套盖3的完全包覆下被挤压成形，由此获得TiAl金属间化合物材料挤压件。挤压包套2与包套盖3的原料采用石墨粉、低熔点玻璃粉和空心漂珠粉的混合物，具有以下效果：由于低熔点玻璃粉在400℃以上时开始软化变为熔融状态、石墨粉具有良好的润滑能力、空心漂珠粉的热阻很大，因此，挤压包套2与包套盖3材料在400℃以上温度既具有粘滞流体性质，而且导热系数很小，因此具有很好的隔热、传力与润滑功能。采用具有隔热、传力和润滑功能的挤压包套2和包套盖3，既可以通过挤压包套2的材料将挤压凸模4施加的挤压力向坯料传递，又能避免高温TiAl金属间化合物挤压坯料5与挤压凹模1及凸模4的直接接触，由此避免TiAl金属间化合物挤压坯料5与挤压凹模1的摩擦，并阻止高温TiAl金属间化合物挤压坯料5向挤压凹模1及凸模4散热，使TiAl金属间化合物挤压坯料5在温度基本恒定不变的高温状态下挤压成形。如果需要进行多次、连续挤压，则在上述步骤五完成后，将挤压凸模4退回挤压凹模1与凸模4未合模的状态，清理挤压凹模1中可能残余的挤压包套介质材料，然后按上述步骤一至步骤五进行循环重复操作。

具体实施方式二：本实施方式的步骤一中所述TiAl金属间化合物挤压坯料5为Ti₃Al、Ti₂Al、TiAl、TiAl₃或TiAl₂Nb。上述材料均为Ti-Al系金属间化合物材料。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式的步骤三中所述对TiAl金属间化合物挤压坯料5进行加热时，向加热炉中充入氩气。这样做可以防止TiAl金属间化合物挤压坯料5在1150℃～1300℃高温下的氧化。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤四中在挤压包套2的上端盖上数个包套盖3。这样做使得挤压完成后凹模中不会残留任何金属余料。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式的步骤一中挤压包套2和包套盖3的原料均按重量百分比由60％的石墨粉、35％的低熔点玻璃粉和5％的空心漂珠粉组成。本配方玻璃粉含量最低，制成的包套介质粘度较大，而高石墨含量有利于增加包套润滑效果，该配方适用于坯料温度相对较低、所需挤压力较大的情况。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式的步骤一中挤压包套2和包套盖3的原料均按重量百分比由55％的石墨粉、40％的低熔点玻璃粉和5％的空心漂珠粉组成。本配方玻璃粉含量适中，制成的包套介质粘度中等，适合于较具体实施方式五坯料温度更高、所需挤压力更小的情况。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：本实施方式的步骤一中挤压包套2和包套盖3的原料均按重量百分比由45％的石墨粉、50％的低熔点玻璃粉和5％的空心漂珠粉组成。本配方玻璃粉含量最高，制成的包套介质粘度最小，适合于较具体实施方式六坯料温度更高、所需挤压力更小的情况。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：本实施方式的步骤一中挤压包套2和包套盖3的原料均按重量百分比由40％的石墨粉、50％的低熔点玻璃粉和10％的空心漂珠粉组成。本配方在具体实施方式七的基础上，减少了石墨粉含量，增加空心漂珠粉的含量，制成的包套材料保温隔热效果更好。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：本实施方式的步骤一中挤压包套2和包套盖3的原料均按重量百分比由40％的石墨粉、45％的低熔点玻璃粉和15％的空心漂珠粉组成。与具体实施方式八相比，玻璃粉含量减少，而漂珠粉含量增加，适用于坯料加热温度高、且所需挤压力较大的情况。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式十：本实施方式的步骤一中挤压包套2和包套盖3的原料均按重量百分比由45％的石墨粉、40％的低熔点玻璃粉和15％的空心漂珠粉组成。与具体实施方式九相比，玻璃粉含量减少，而石墨粉含量增加，适用于坯料加热温度与与具体实施方式八相近、且所需挤压力更大的情况。其它步骤与具体实施方式一相同。

Claims

1.一种TiAl金属间化合物材料的高温热挤压成形方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：步骤一、制作挤压包套(2)和包套盖(3)：挤压包套(2)和包套盖(3)的原料均按重量百分比由40％-60％的石墨粉、30％-50％的低熔点玻璃粉和5％-15％的空心漂珠粉组成，挤压包套(2)的原料按上述重量百分比配制，在混粉机或球磨机中混匀，在机械压力机上，利用模具将混好的挤压包套粉末原料压制成内腔形状尺寸与TiAl金属间化合物挤压坯料(5)外形相匹配且上端为敞口的挤压包套(2)；包套盖(3)的原料按上述重量百分比配制，在混粉机或球磨机中混匀，在机械压力机上，利用模具将混好的包套盖粉末原料压制成包套盖(3)；步骤二、将挤压包套(2)置于挤压凹模(1)的内腔中，再将挤压包套(2)与挤压凹模(1)一起预热，预热温度为200℃～600℃，同时将包套盖(3)预热，预热温度为200℃～600℃；步骤三、将TiAl金属间化合物挤压坯料(5)在专用加热炉中加热至1150℃～1300℃后取出迅速放入挤压包套(2)的内腔中；步骤四、在挤压包套(2)的上端盖上至少一个预热温度与挤压包套(2)相同的包套盖(3)；步骤五、将凸模(4)与挤压凹模(1)合模后进行挤压，使TiAl金属间化合物挤压坯料(5)在挤压包套(2)与包套盖(3)的完全包覆下被挤压成形，由此获得TiAl金属间化合物材料挤压件。

2.根据权利要求1所述TiAl金属间化合物材料的高温热挤压成形方法，其特征在于：步骤一中所述TiAl金属间化合物挤压坯料(5)为Ti₃Al、Ti₂Al、TiAl、TiAl₃或TiAl₂Nb。

3.根据权利要求1所述TiAl金属间化合物材料的高温热挤压成形方法，其特征在于：步骤三中所述对TiAl金属间化合物挤压坯料(5)进行加热时，向加热炉中充入氩气。

4.根据权利要求1所述TiAl金属间化合物材料的高温热挤压成形方法，其特征在于：步骤四中在挤压包套(2)的上端盖上数个包套盖(3)。

5.根据权利要求1所述TiAl金属间化合物材料的高温热挤压成形方法，其特征在于：步骤一中挤压包套(2)和包套盖(3)的原料均按重量百分比由60％的石墨粉、35％的低熔点玻璃粉和5％的空心漂珠粉组成。

6.根据权利要求1所述TiAl金属间化合物材料的高温热挤压成形方法，其特征在于：步骤一中挤压包套(2)和包套盖(3)的原料均按重量百分比由55％的石墨粉、40％的低熔点玻璃粉和5％的空心漂珠粉组成。

7.根据权利要求1所述TiAl金属间化合物材料的高温热挤压成形方法，其特征在于：步骤一中挤压包套(2)和包套盖(3)的原料均按重量百分比由45％的石墨粉、50％的低熔点玻璃粉和5％的空心漂珠粉组成。

8.根据权利要求1所述TiAl金属间化合物材料的高温热挤压成形方法，其特征在于：步骤一中挤压包套(2)和包套盖(3)的原料均按重量百分比由40％的石墨粉、50％的低熔点玻璃粉和10％的空心漂珠粉组成。

9.根据权利要求1所述TiAl金属间化合物材料的高温热挤压成形方法，其特征在于：步骤一中挤压包套(2)和包套盖(3)的原料均按重量百分比由40％的石墨粉、45％的低熔点玻璃粉和15％的空心漂珠粉组成。

10.根据权利要求1所述TiAl金属间化合物材料的高温热挤压成形方法，其特征在于：步骤一中挤压包套(2)和包套盖(3)的原料均按重量百分比由45％的石墨粉、40％的低熔点玻璃粉和15％的空心漂珠粉组成。