CN103725910A - 一种基于Ti粉和Al合金粉的复合粉体半固态热挤压制备TiAl合金棒材的方法 - Google Patents

一种基于Ti粉和Al合金粉的复合粉体半固态热挤压制备TiAl合金棒材的方法 Download PDF

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Abstract

一种基于Ti粉和Al合金粉的复合粉体半固态热挤压制备TiAl合金棒材的方法,它涉及一种TiAl合金棒材的制备方法。本发明要解决目前制备TiAl合金的方法存在工序繁多,能耗过高,成本太贵的问题。本发明方法为:一、低能球磨混粉;二、Ti粉和Al合金粉的复合体半固态热挤压,直接反应合成得到TiAl合金棒材。本发明首先采用低能球磨混粉实现Ti粉和Al合金粉的均匀混合,然后采用半固态热挤压既实现Ti粉和Al合金粉低温反应合成TiAl合金,又成形了TiAl棒材。本发明反应合成和挤压变形一步完成,可以制备出致密均匀和杂质含量低的TiAl合金棒材,并且挤压容易,工艺简单,能耗少,污染小和制备成本低。

Description

一种基于Ti粉和Al合金粉的复合粉体半固态热挤压制备TiAl合金棒材的方法
技术领域
本发明涉及一种TiAl合金棒材的制备方法。
背景技术
TiAl合金是新一代轻质耐高温结构材料,主要应用于航空航天及汽车领域,但作为一种金属间化合物,难加工仍是TiAl合金面临的问题之一,也是其大规模应用的主要障碍。
通常,制备TiAl合金棒材可以采用铸造冶金或者预合金化粉末法制备TiAl合金,然后热挤压TiAl合金成棒材,但此类方法中TiAl合金挤压温度高达千度左右,挤压模具要求极高。并且铸锭冶金法制备的TiAl合金铸锭组织粗大,且存在缩孔、疏松以及成分偏析等缺陷,需要后续的热等静压处理及热机械处理来减少或消除缺陷,细化粗大的铸态组织;而采用预合金化粉末制备TiAl棒材虽然氧含量低,致密度较高,但预合金化粉末的制备工艺造价高,生产成本大,难以实现规模化生产。
此外,制备TiAl合金棒材还可以通过元素粉末法或者压力浸渗法制备Ti和Al复合体再热挤压成棒材,还需后续高温烧结合成TiAl合金。虽然此类方法实现了低温挤压棒材,但元素粉末法制备工艺容易引入高的杂质含量和缺陷密度,难以实现全致密化,,还需后续的热等静压等致密;而压力浸渗法制备Ti和Al复合体容易在Ti和Al界面处形成脆性金属间化合物,恶化其挤压变形能力。总而言之,上述制备方法工序繁多,能耗过高,成本太贵。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前制备TiAl合金的方法存在工序繁多,能耗过高,成本太贵的问题,而提供了一种基于Ti粉和Al合金粉的复合粉体半固态热挤压制备TiAl合金棒材的方法。
本发明的一种基于Ti粉和Al合金粉的复合粉体半固态热挤压制备TiAl合金棒材的方法,它是按照以下步骤进行的:
一、低能球磨混粉:采用粒度为20~60μm的球状纯钛颗粒和Al合金粉末在球料质量比为4~8:1、转速为50~100r/min、混粉时间为4~8h的条件下进行低能球磨混粉,得到Ti粉和Al合金粉末的复合粉体,然后对其进行室温压制与真空包套,得到包套坯料;
二、半固态热挤压:将步骤一得到的包套坯料进行半固态热挤压变形,即得TiAl合金棒材;其中,挤压比为4~16:1,挤压温度介于铝合金固相线和液相线温度之间。
本发明的有益效果为:
1、本发明目的是避免直接对脆性TiAl合金进行热挤压变形的困难,通过直接对低能球磨混粉制备出塑性良好的Ti-Al复合体进行半固态热挤压来得到TiAl合金棒材。
2、本发明克服脆性TiAl合金的热挤压温度过高和模具损伤严重的问题,可以通过对Ti-Al复合体在低温和低变形抗力下直接半固挤压合成了TiAl合金棒材,从而降低能耗和制备成本。
3、本发明解决元素粉末法带来的间隙杂质元素以及致密度的问题。通过采用短时间的低能球磨混粉避免高球磨混粉引入的杂质,并且通过半固态热挤压可以实现TiAl合金的组织致密,结构均匀的目的。
4、本发明克服当前TiAl合金棒材制备工艺的复杂性,通过半固态挤压同时完成TiAl合金的合成和其合金棒材的形成,不必对Ti和Al复合体再进行后续高温烧结合成TiAl合金。
本发明首先采用低能球磨混粉实现Ti粉和Al合金粉的均匀混合,然后采用半固态热挤压既实现Ti粉和Al合金粉低温反应合成TiAl合金,又成形了TiAl棒材。本发明中反应合成和挤压变形一步完成,可以制备出致密均匀和杂质含量低的TiAl合金棒材,并且挤压容易,工艺简单,能耗少,污染小和制备成本低,该方法解决制约TiAl合金棒材研制和应用的关键问题,为民用工业和航空航天工业的创新与进步提供技术支持。
附图说明
图1为试验1制得的TiAl合金棒材的实物图片。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式的一种基于Ti粉和Al合金粉的复合粉体半固态热挤压制备TiAl合金棒材的方法,它是按照以下步骤进行的:
一、低能球磨混粉:采用粒度为20~60μm的球状纯钛颗粒和Al合金粉末在球料质量比为4~8:1、转速为50~100r/min、混粉时间为4~8h的条件下进行低能球磨混粉,得到Ti粉和Al合金粉末的复合粉体,然后对其进行室温压制与真空包套,得到包套坯料;
二、半固态热挤压:将步骤一得到的包套坯料进行半固态热挤压变形,即得TiAl合金棒材;其中,挤压比为4~16:1,挤压温度介于铝合金固相线和液相线温度之间。
本实施方式首先采用低能球磨混粉实现Ti粉和Al合金粉的均匀混合,然后采用半固态热挤压既实现Ti粉和Al合金粉低温反应合成TiAl合金,又成形了TiAl棒材。本发明中反应合成和挤压变形一步完成,可以制备出致密均匀和杂质含量低的TiAl合金棒材,并且挤压容易,工艺简单,能耗少,污染小和制备成本低,该方法解决制约TiAl合金棒材研制和应用的关键问题,为民用工业和航空航天工业的创新与进步提供技术支持。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤一中所述的低能球磨条件为:球料质量比为5~7:1、转速为60~90r/min、混粉时间为5~7h。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是:步骤一中所述的低能球磨条件为:球料质量比为6:1、转速为80r/min、混粉时间为6h。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是:步骤一中所述的Al合金粉末为7075Al合金粉末或2024Al合金粉末。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是:步骤二中所述的挤压比为5~14:1。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是:步骤二中所述的挤压比为7~12:1。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是:步骤二中所述的挤压比为9~10:1。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是:步骤二中所述的挤压比为9:1。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是:步骤二中所述的挤压温度范围为高于铝合金固相线10℃且低于液相线温度10℃。其它与具体实施方式一至八之一相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容,其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
通过以下试验验证本发明的有益效果:
试验1
本试验以7075变形铝合金为例,TiAl合金棒材的制备方法如下:
一、低能球磨混粉:采用形状规则的40μm球状纯钛颗粒和7075Al合金粉末低能球磨混粉,球料质量比为6:1,转速为80r/min,混粉时间为6小时,得到均匀分布Ti粉和Al合金粉末的复合粉体,然后对其进行室温压制与真空包套,得到包套坯料;
二、半固态热挤压:将包套坯料进行半固态热挤压变形,半固态挤压温度600℃,挤压比为9:1,从而使Ti和7075Al合金低温合成TiAl合金的同时挤压成TiAl棒材。
本试验制得的TiAl棒材的实物图如图1所示,由图1可知,本试验首先采用低能球磨混粉实现Ti粉和Al合金粉的均匀混合,然后采用半固态热挤压既实现Ti粉和Al合金粉低温反应合成TiAl合金,又成形了TiAl棒材。本试验中反应合成和挤压变形一步完成,可以制备出致密均匀和杂质含量低的TiAl合金棒材,并且挤压容易,工艺简单,能耗少,污染小和制备成本低,该方法解决制约TiAl合金棒材研制和应用的关键问题,为民用工业和航空航天工业的创新与进步提供技术支持。
试验2
本试验以2024Al变形铝合金为例,TiAl合金棒材的制备方法如下:
一、低能球磨混粉:采用形状规则的40μm球状纯钛颗粒和2024Al合金粉末低能球磨混粉,球料质量比为6:1,转速为80r/min,混粉时间为6小时,得到均匀分布Ti粉和Al合金粉末的复合粉体,然后对其进行室温压制与真空包套,得到包套坯料;
二、半固态热挤压:将包套坯料进行半固态热挤压变形,半固态挤压温度520~580℃,挤压比为9:1,从而使Ti和2024Al合金低温合成TiAl合金的同时挤压成TiAl棒材。
本试验首先采用低能球磨混粉实现Ti粉和Al合金粉的均匀混合,然后采用半固态热挤压既实现Ti粉和Al合金粉低温反应合成TiAl合金,又成形了TiAl棒材。本试验中反应合成和挤压变形一步完成,可以制备出致密均匀和杂质含量低的TiAl合金棒材,并且挤压容易,工艺简单,能耗少,污染小和制备成本低,该方法解决制约TiAl合金棒材研制和应用的关键问题,为民用工业和航空航天工业的创新与进步提供技术支持。

Claims (9)

1.一种基于Ti粉和Al合金粉的复合粉体半固态热挤压制备TiAl合金棒材的方法,其特征在于它是按照以下步骤进行的:
一、低能球磨混粉:采用粒度为20~60μm的球状纯钛颗粒和Al合金粉末在球料质量比为4~8:1、转速为50~100r/min、混粉时间为4~8h的条件下进行低能球磨混粉,得到Ti粉和Al合金粉末的复合粉体,然后对其进行室温压制与真空包套,得到包套坯料;
二、半固态热挤压:将步骤一得到的包套坯料进行半固态热挤压变形,即得TiAl合金棒材;其中,挤压比为4~16:1,挤压温度介于铝合金固相线和液相线温度之间。
2.根据权利要求1所述的一种基于Ti粉和Al合金粉的复合粉体半固态热挤压制备TiAl合金棒材的方法,其特征在于步骤一中所述的低能球磨条件为:球料质量比为5~7:1、转速为60~90r/min、混粉时间为5~7h。
3.根据权利要求2所述的一种基于Ti粉和Al合金粉的复合粉体半固态热挤压制备TiAl合金棒材的方法,其特征在于步骤一中所述的低能球磨条件为:球料质量比为6:1、转速为80r/min、混粉时间为6h。
4.根据权利要求1所述的一种基于Ti粉和Al合金粉的复合粉体半固态热挤压制备TiAl合金棒材的方法,其特征在于步骤一中所述的Al合金粉末为7075Al合金粉末或2024Al合金粉末。
5.根据权利要求1所述的一种基于Ti粉和Al合金粉的复合粉体半固态热挤压制备TiAl合金棒材的方法,其特征在于步骤二中所述的挤压比为5~14:1。
6.根据权利要求5所述的一种基于Ti粉和Al合金粉的复合粉体半固态热挤压制备TiAl合金棒材的方法,其特征在于步骤二中所述的挤压比为7~12:1。
7.根据权利要求6所述的一种基于Ti粉和Al合金粉的复合粉体半固态热挤压制备TiAl合金棒材的方法,其特征在于步骤二中所述的挤压比为9~10:1。
8.根据权利要求7所述的一种基于Ti粉和Al合金粉的复合粉体半固态热挤压制备TiAl合金棒材的方法,其特征在于步骤二中所述的挤压比为9:1。
9.根据权利要求1所述的一种基于Ti粉和Al合金粉的复合粉体半固态热挤压制备TiAl合金棒材的方法,其特征在于步骤二中所述的挤压温度范围为高于铝合金固相线10℃且低于液相线温度10℃。
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