CN103753132A - 具有Ti/Ti xAl y/Ti多层结构的零件制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有Ti/TixAly/Ti多层结构的零件制备方法，属于金属基复合材料制备及成形技术领域。本发明首先采用爆炸复合方法制备钛/铝多层复合材料，并轧制校平、退火热处理；其次通过塑性成形方法将金属复合层板进行成形，获得复杂形状零件；再次将零件放入模具中，采用惰性气体对零件表面进行加压，并对其进行加热处理，将铝层反应消耗完全，中间生成钛铝金属间化合物层，最终获得具有Ti/TixAly/Ti多层结构的复杂零件。本发明克服了传统方法难以制备具有复杂结构的钛铝金属间化合物零件的缺陷，扩大了钛铝金属间化合物的应用领域；其制备成本低，生产效率高，具有很高的工程应用价值。

Description

具有Ti/Ti xAl y/Ti多层结构的零件制备方法
技术领域
本发明涉及一种多层结构的零件制备方法,具体上是一种具有Ti/TixAly/Ti多层结构的零件制备方法，属于金属基复合材料制备及成形技术领域。
背景技术
航空航天工程领域目前日益追求材料的高比强度以及优异的高温力学性能。单一组分的材料已无法满足相关的工程需求。因此，研究和制备新型复合材料已成为航空航天工程领域关注的重点。目前在飞机上使用最多的高温材料为钛合金和Ni基高温合金。Ni基高温合金使用温度可以达到700℃，但由于其密度较大，且无法在更高温度使用，使其在航空航天工程领域的使用受到一定限制；钛合金拥有较好的比强度，但在高温工作时容易发生氧化，导致材料及结构破坏等问题，无法用于飞机发动机等高温部件。
新近开发的第三、四代TixAly金属间化合物使用温度可以达到900-1000℃，与变形镍基高温合金相当，而其密度仅有4.3g/cm3，是镍基高温合金的一半，比一般钛合金还低。其中，TiAl3具有最低的密度，约3.36g/cm3，同时高温抗氧化性能良好，并且拥有最高的比强度，在新型高温结构件的应用中备受关注。Ti/TiAl3金属间化合物层状复合材料由于夹层材料为TiAl3金属间化合物，所以具有轻质、高强、耐腐蚀和优异的高温性能等特点，被认为是制造航空航天器高温部件较为理想的材料。但由于其夹层材料的本征脆性，难以通过直接塑性成形制造具有复杂形状的零件。
2011年11月16日，中国专利CN201010199118公开了一种TiAl金属间化合物材料的高温热挤压成形方法，该专利采用了高温热挤压技术将TiAl金属间化合物制备成形。该方法采用高温热挤压方式，导致模具成本较高，成形形状单一，无法制备多层结构的复杂零件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有Ti/TixAly/Ti多层结构的零件制备方法，以解决现有技术的制备方法成本高，零件成形形状单一，无法制备多层结构的复杂零件的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供的具有Ti/TixAly/Ti多层结构的零件制备方法,其特征在于包括如下步骤：
1）、采用爆炸焊接方法制备钛/铝多层复合板；
2）、对步骤1）中钛/铝多层复合板进行轧制校平后，再进行退火处理；
3）、将步骤2）中退火后的钛/铝多层复合板塑性变形成所需制备零件的形状；
4）、对步骤3）中塑性变形后的钛/铝多层复合零件采用惰性气体加热加压处理，将铝层反应消耗完全，生成钛铝金属间化合物层，最终制成具有Ti/TixAly/Ti多层结构的零件。
本发明中，所述钛/铝多层复合板为钛/铝/钛三层复合板或钛/铝/钛/铝/钛五层复合板。
本发明中，所述钛/铝多层复合板中钛板、铝板厚度0.1mm-0.5mm。
本发明中，所述步骤3）中塑性变形过程为：在压力机上使用压弯模对退火后的钛/铝多层复合板进行压弯变形成为V形。
本发明中，所述步骤3）中塑性变形过程为：在液压设备上对退火后的钛/铝多层复合板进行充液拉深成为圆筒形或盒形。
本发明中，所述步骤4）中采用惰性气体加热加压处理过程中，热压温度为550-650℃。
本发明中，所述步骤4）中采用惰性气体加热加压处理过程中，压力为2.5-3MPa。
本发明中，所述步骤4）中采用惰性气体加热加压处理过程中，保温时间为10-25h。
本发明的有益效果在于：(1)、本发明可以通过控制钛层和铝层的相对厚度、热压温度及时间生成各类形状钛铝金属间化合物；(2)、本发明克服了钛铝金属间化合物零件形状单一的缺陷，扩大了钛铝金属间化合物的应用领域；(2)、本发明制备成本低，生产效率高，具有很高的工程应用价值。
附图说明
图1为本发明实施步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详细说明V形Ti/TiAl3/Ti三层复合零件、圆筒形Ti/Ti2Al5/Ti三层复合零件、盒形Ti/TiAl3五层复合零件的制备工艺。
实施例1
步骤一、选用两块纯钛板、一块纯铝板，其尺寸为长200mm×宽250mm×厚0.1mm。利用乳化炸药对板材进行爆炸焊接，控制合理的爆速，制成钛/铝/钛三层复合板，轧制校平后再进行退火热处理，获得厚度为0.2mm的钛/铝/钛复合板；
步骤二、在压力机上使用压弯模对退火态的钛/铝/钛三层复合板进行压弯变形，直至形状变为V形；
步骤三、对钛/铝/钛三层复合零件放入模具中，采用氦气对零件表面进行加压，并对其进行加热处理，热压温度为650℃，施加的压强为2MPa，保温10h，将铝层反应消耗完全，中间生成TiAl3层，最终制成V形Ti/TiAl3/Ti三层复合零件。
实施例2
步骤一、选用两块纯钛板、一块纯铝板，其尺寸为长300mm×宽350mm×厚0.5mm。利用乳化炸药对板材进行爆炸焊接，控制合理的爆速，制成钛/铝/钛三层复合板，轧制校平后再进行退火热处理，获得厚度为1.2mm的钛/铝/钛复合板；
步骤二、在液压设备上对退火态的钛/铝/钛三层复合板进行充液拉深，直至形状变为圆筒形，合理控制液体压力避免复合板破裂；
步骤三、对钛/铝/钛三层复合零件放入模具中，采用氖气对零件表面进行加压，并对其进行加热处理，热压温度为600℃，施加的压强为2.5MPa，保温15h，将铝层反应消耗完全，中间生成Ti2Al5层，最终制成圆筒形Ti/Ti2Al5/Ti三层复合零件。
实施例3
步骤一、选用三块纯钛板、两块纯铝板，其尺寸为长400mm×宽450mm×厚0.3mm。利用乳化炸药对板材进行爆炸焊接，控制合理的爆速，制成钛/铝/钛/铝/钛五层复合板，轧制校平后再进行退火热处理，获得总厚度为0.7mm的钛/铝/钛/铝/钛五层复合板；
步骤二、在液压设备上对退火态的钛/铝/钛/铝/钛五层复合板进行充液拉深，直至形状变为盒形，合理控制液体压力避免复合板破裂；
步骤三、对钛/铝/钛/铝/钛五层复合零件放入模具中，采用氩气对零件表面进行加压，并对其进行加热处理，热压温度为550℃，施加的压强为3MPa，保温25h，将铝层反应消耗完全，生成TiAl3层，最终制成方形Ti/TiAl3/Ti/TiAl3/Ti五层结构复合零件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有Ti/TixAly/Ti多层结构的零件制备方法,其特征在于包括如下步骤：
1）、采用爆炸焊接方法制备钛/铝多层复合板；
2）、对步骤1）中钛/铝多层复合板进行轧制校平后，再进行退火处理；
3）、将步骤2）中退火后的钛/铝多层复合板塑性变形成所需零件的形状；
4）、对步骤3）中塑性变形后的钛/铝多层复合零件采用惰性气体加热加压处理，将铝层反应消耗完全，生成钛铝金属间化合物层，最终制成具有Ti/TixAly/Ti多层结构的零件。
2.根据权利要求1所述具有Ti/TixAly/Ti多层结构的零件制备方法，其特征在于：所述钛/铝多层复合板为钛/铝/钛三层复合板或钛/铝/钛/铝/钛五层复合板。
3.根据权利要求2所述具有Ti/TixAly/Ti多层结构的零件制备方法，其特征在于：所述钛/铝多层复合板中钛板、铝板厚度0.1mm-0.5mm。
4.根据权利要求1所述具有Ti/TixAly/Ti多层结构的零件制备方法，其特征在于所述步骤3）中塑性变形过程为：在压力机上使用压弯模对退火后的钛/铝多层复合板进行压弯变形成为V形。
5.根据权利要求1所述具有Ti/TixAly/Ti多层结构的零件制备方法，其特征在于所述步骤3）中塑性变形过程为：在液压设备上对退火后的钛/铝多层复合板进行充液拉深成为圆筒形或盒形。
6.根据权利要求1所述具有Ti/TixAly/Ti多层结构的零件制备方法，其特征在于：所述步骤4）中采用惰性气体加热加压过程中，热压温度为550-650℃。
7.根据权利要求1所述具有Ti/TixAly/Ti多层结构的零件制备方法，其特征在于：所述步骤4）中采用惰性气体加热加压处理过程中，压力为2-3MPa。
8.根据权利要求1所述具有Ti/TixAly/Ti多层结构的零件制备方法，其特征在于：所述步骤4）中采用惰性气体加热加压处理过程中，保温时间为10-25h。
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