CN104551571B - 一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法，它涉及一种合金构件的制备方法。本发明的目的是要解决现有方法制备的TiAl合金构件存在TiAl合金组织粗大，成分偏析，杂质含量高、致密度低、构件易开裂、对模具和设备要求高的问题。制备方法：一、原材料准备；二、致密化处理；三、车削加工；四、近等温模锻，得到TiAl合金构件。本发明对TiAl预合金粉先进行致密化处理、再进行近等温模锻制备TiAl合金构件，利用普通的锻机和钛合金锻造用高温合金模具就可制备TiAl合金构件，该发明制备的TiAl合金构件晶粒尺寸小，致密度高、成分均匀、性能优异。本发明可获得一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法。

Description

一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法
技术领域
本发明涉及一种合金构件的制备方法。
背景技术
TiAl合金具有密度低、比强度高、比刚度高，以及良好的高温抗氧化、抗蠕变性能，是一种非常有潜力的轻质高温结构材料，在航空航天、汽车制造等工业领域有着广阔的应用前景。TiAl合金具有原子长程有序排列的结构特性以及原子间金属与共价键共存的特性，使其同时兼顾金属的塑性和陶瓷的高温强度，与传统钛合金和镍基高温合金相比，TiAl合金具有低比重、高蠕变抗力等性能优势。然而TiAl合金室温塑性低，高温变形能力差，这些因素制约了该合金的工程化应用。
目前TiAl合金构件的制造方法主要是精密铸造和热加工方法，因而，用TiAl合金制造的产品性能及种类受到了很大的限制。合金的制备过程较为复杂，容易出现铸造缺陷、成分偏析和组织不均匀现象，难以后续加工成形，实现复杂形状和高尺寸精度零部件的制备。等温锻造对设备和模具要求较高，变形过程需要在真空或还原气氛下进行。TiAl预合金粉具有组织细小均匀，无成分偏析、杂质含量低、缺陷密度低，经致密化处理后仍可获得具有细小的晶粒和均匀的组织的坯料，且热加工性能良好，且对锻造模具和锻造设备要求低，可在相对较低的温度和较高的应变速率下对TiAl坯料进行模锻，制备TiAl合金构件。
发明内容
本发明的目的是要解决现有方法制备的TiAl合金构件存在TiAl合金组织粗大，成分偏析，杂质含量高、致密度低、构件易开裂、对模具和设备要求高的问题，而提供一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法。
一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法，其特征在于一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法具体是按以下步骤完成的：
一、原材料准备：称取粒径为0.5μm～325μm的名义化学式为Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)的TiAl预合金粉末；
步骤一中所述的Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)中X为Mo、Cr、Nb、V、Fe、Mn、B、C、W和Y中的一种或其中几种的混合；
步骤一中所述的名义化学式为Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)的TiAl预合金粉末是通过惰性气体雾化技术或等离子旋转电极雾化技术制备的；
二、致密化处理：将步骤一称取的粒径为0.5μm～325μm的名义化学式为Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)的TiAl预合金粉末进行处理，得到TiAl预制坯料；
步骤二中所述的将步骤一称取的粒径为0.5μm～325μm的名义化学式为Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)的TiAl预合金粉末进行处理是经热压烧结、放电等离子烧结和热等静压中的一种或几种进行处理的；
三、车削加工：采用机械加工的方法将步骤二中得到的TiAl预制坯料进行机械加工，得到预锻TiAl构件坯料；
四、近等温模锻：将预热温度为860℃～1300℃的预锻TiAl构件坯料放入预热温度为850℃～1200℃的模具中，在应变速率为0.001s-1～1s-1下进行近等温模锻，得到TiAl合金构件；
步骤四中所述的模具为钛合金锻造用高温合金模具。
本发明步骤四中所述的近等温模锻是指预锻TiAl构件坯料的预热温度与模具的预热温度两者的温差在10℃～450℃之间的锻造。
本发明的优点：
本发明对TiAl预合金粉先进行致密化处理、再进行近等温模锻制备TiAl合金构件；TiAl预合金粉经致密化处理后制备的TiAl合金构件的晶粒尺寸小，致密度高、成分均匀；使用本发明方法可降低对设备和模具的要求，在相对较低的温度和较高的应变速率下实现TiAl合金构件的近等温模锻；本发明利用普通的锻机和钛合金锻造用高温合金模具就可以制备出性能优异的TiAl合金构件。
本发明可获得一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法，其特征在于一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法具体是按以下步骤完成的：
一、原材料准备：称取粒径为0.5μm～325μm的名义化学式为Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)的TiAl预合金粉末；
步骤一中所述的Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)中X为Mo、Cr、Nb、V、Fe、Mn、B、C、W和Y中的一种或其中几种的混合；
步骤一中所述的名义化学式为Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)的TiAl预合金粉末是通过惰性气体雾化技术或等离子旋转电极雾化技术制备的；
二、致密化处理：将步骤一称取的粒径为0.5μm～325μm的名义化学式为Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)的TiAl预合金粉末进行处理，得到TiAl预制坯料；
步骤二中所述的将步骤一称取的粒径为0.5μm～325μm的名义化学式为Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)的TiAl预合金粉末进行处理是经热压烧结、放电等离子烧结和热等静压中的一种或几种进行处理的；
三、车削加工：采用机械加工的方法将步骤二中得到的TiAl预制坯料进行机械加工，得到预锻TiAl构件坯料；
四、近等温模锻：将预热温度为860℃～1300℃的预锻TiAl构件坯料放入预热温度为850℃～1200℃的模具中，在应变速率为0.001s-1～1s-1下进行近等温模锻，得到TiAl合金构件；
步骤四中所述的模具为钛合金锻造用高温合金模具。
本实施方式步骤四中所述的近等温模锻是指预锻TiAl构件坯料的预热温度与模具的预热温度两者的温差在10℃～450℃之间的锻造。
本实施方式的优点：
本实施方式对TiAl预合金粉先进行致密化处理、再进行近等温模锻制备TiAl合金构件；TiAl预合金粉经致密化处理后制备的TiAl合金构件的晶粒尺寸小，致密度高、成分均匀；使用本实施方式方法可降低对设备和模具的要求，在相对较低的温度和较高的应变速率下实现TiAl合金构件的近等温模锻；本实施方式利用普通的锻机和钛合金锻造用高温合金模具就可以制备出性能优异的TiAl合金构件。
本实施方式可获得一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中称取粒径为0.5μm～325μm的名义化学式为Ti-(41～44)Al-(4～9)X(at％)的TiAl预合金粉末。其他步骤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之一不同点是：步骤一中称取粒径为0.5μm～325μm的名义化学式为Ti-(45～48)Al-(4～8.5)X(at％)的TiAl预合金粉末。其他步骤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点是：步骤一中称取粒径为0.5μm～325μm的名义化学式为Ti-43Al-9V-0.3Y(at％)的TiAl预合金粉末。其他步骤与具体实施方式一至三相同。
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点是：步骤二中所述的压力为20MPa～100MPa，温度为850℃～1350℃，烧结时间为2h～8h；步骤二中所述的放电等离子烧结的压力为40MPa～100MPa，烧结温度为850℃～1250℃，真空度为10-4～10Pa，烧结时间为1min～30min；步骤二中所述的热等静压的温度为1100℃～1280℃，压力为140MPa～200MPa，时间为1h～4h。其他步骤与具体实施方式一至四相同。
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点是：步骤二中所述的热压烧结的压力为40MPa～150MPa，温度为1000℃～1300℃，烧结时间为1h～4h；步骤二中所述的放电等离子烧结的压力为50MPa～80MPa，烧结温度为800℃～1280℃，真空度为10-4～10Pa，烧结时间为2min～60min；步骤二中所述的热等静压的温度为1100℃～1250℃，压力为160MPa～200MPa，时间为1.5h～2.5h。其他步骤与具体实施方式一至五相同。
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点是：步骤四中将预热温度为900℃～1100℃的预锻TiAl构件坯料放入预热温度为850℃～950℃的模具中，在应变速率为0.001s-1～0.1s-1下进行近等温模锻，得到TiAl合金构件。其他步骤与具体实施方式一至六相同。
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点是：步骤四中将预热温度为950℃～1150℃的预锻TiAl构件坯料放入预热温度为850℃～1000℃的模具中，在应变速率为0.05s-1～0.5s-1下进行近等温模锻，得到TiAl合金构件。其他步骤与具体实施方式一至七相同。
采用以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、原材料准备：称取粒径为5μm～200μm的名义化学式为Ti-47Al-2Cr-2Nb(at％)的TiAl预合金粉末；
步骤一中所述的名义化学式为Ti-47Al-2Cr-2Nb(at％)的TiAl预合金粉末是通过等离子旋转电极雾化技术制备的；
二、致密化处理：将步骤一称取的粒径为5μm～200μm的名义化学式为Ti-47Al-2Cr-2Nb(at％)的TiAl预合金粉末进行处理，得到TiAl预制坯料；
步骤二中所述的将步骤一称取的粒径为5μm～200μm的名义化学式为Ti-47Al-2Cr-2Nb(at％)的TiAl预合金粉末进行处理是经热压烧结进行处理的；所述的热压烧结的压力为50MPa，温度为1280℃，烧结时间为4h；
三、车削加工：采用机械加工的方法将步骤二中得到的TiAl预制坯料进行机械加工，得到预锻TiAl构件坯料；
四、近等温模锻：将预热温度为1100℃的预锻TiAl构件坯料放入预热温度为950℃的模具中，在应变速率为0.01s-1下进行近等温模锻，得到TiAl合金叶片；
步骤四中所述的模具为钛合金锻造用高温合金模具。
试验二：一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、原材料准备：称取粒径为0.5μm～150μm的名义化学式为Ti-43Al-9V-0.3Y(at％)的TiAl预合金粉末；
步骤一中所述的名义化学式为Ti-43Al-9V-0.3Y(at％)的TiAl预合金粉末是通过惰性气体雾化技术；
二、致密化处理：将步骤一称取的粒径为0.5μm～150μm的名义化学式为Ti-43Al-9V-0.3Y(at％)的TiAl预合金粉末进行处理，得到TiAl预制坯料；
步骤二中所述的将步骤一称取的粒径为0.5μm～150μm的名义化学式为Ti-43Al-9V-0.3Y(at％)的TiAl预合金粉末进行处理是经放电等离子烧结进行处理的；所述的放电等离子烧结的压力为80MPa，烧结温度为1180℃，真空度为10-2Pa，烧结时间为8min；
三、车削加工：采用机械加工的方法将步骤二中得到的TiAl预制坯料进行机械加工，得到预锻TiAl构件坯料；
四、近等温模锻：将预热温度为1150℃的预锻TiAl构件坯料放入预热温度为950℃的模具中，在应变速率为0.03s-1下进行近等温模锻，得到TiAl合金叶片；
步骤四中所述的模具为钛合金锻造用高温合金模具。
试验三：一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、原材料准备：称取粒径为5μm～200μm的名义化学式为Ti-45Al-6.5Nb-0.2B-0.25Y(at％)的TiAl预合金粉末；
步骤一中所述的名义化学式为Ti-45Al-6.5Nb-0.2B-0.25Y(at％)的TiAl预合金粉末是通过惰性气体雾化技术；
二、致密化处理：将步骤一称取的粒径为5μm～200μm的名义化学式为Ti-45Al-6.5Nb-0.2B-0.25Y(at％)的TiAl预合金粉末进行处理，得到TiAl预制坯料；
步骤二中所述的将步骤一称取的粒径为5μm～200μm的名义化学式为Ti-45Al-6.5Nb-0.2B-0.25Y(at％)的TiAl预合金粉末进行处理是经热等静压进行处理的；所述的热等静压的温度为1240℃，压力为160MPa，时间为3h；
三、车削加工：采用机械加工的方法将步骤二中得到的TiAl预制坯料进行机械加工，得到预锻TiAl构件坯料；
四、近等温模锻：将预热温度为1150℃的预锻TiAl构件坯料放入预热温度为950℃的模具中，在应变速率为0.01s-1下进行近等温模锻，得到TiAl合金构件；
步骤四中所述的模具为钛合金锻造用高温合金模具。

Claims (3)

1.一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：
一、原材料准备：称取粒径为5μm～200μm的名义化学式为Ti-47Al-2Cr-2Nb(at％)的TiAl预合金粉末；
步骤一中所述的名义化学式为Ti-47Al-2Cr-2Nb(at％)的TiAl预合金粉末是通过等离子旋转电极雾化技术制备的；
二、致密化处理：将步骤一称取的粒径为5μm～200μm的名义化学式为Ti-47Al-2Cr-2Nb(at％)的TiAl预合金粉末进行处理，得到TiAl预制坯料；
步骤二中所述的将步骤一称取的粒径为5μm～200μm的名义化学式为Ti-47Al-2Cr-2Nb(at％)的TiAl预合金粉末进行处理是经热压烧结进行处理的；所述的热压烧结的压力为50MPa，温度为1280℃，烧结时间为4h；
三、车削加工：采用机械加工的方法将步骤二中得到的TiAl预制坯料进行机械加工，得到预锻TiAl构件坯料；
四、近等温模锻：将预热温度为1100℃的预锻TiAl构件坯料放入预热温度为950℃的模具中，在应变速率为0.01s-1下进行近等温模锻，得到TiAl合金叶片；
步骤四中所述的模具为钛合金锻造用高温合金模具。
2.一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：
一、原材料准备：称取粒径为0.5μm～150μm的名义化学式为Ti-43Al-9V-0.3Y(at％)的TiAl预合金粉末；
步骤一中所述的名义化学式为Ti-43Al-9V-0.3Y(at％)的TiAl预合金粉末是通过惰性气体雾化技术；
二、致密化处理：将步骤一称取的粒径为0.5μm～150μm的名义化学式为Ti-43Al-9V-0.3Y(at％)的TiAl预合金粉末进行处理，得到TiAl预制坯料；
步骤二中所述的将步骤一称取的粒径为0.5μm～150μm的名义化学式为Ti-43Al-9V-0.3Y(at％)的TiAl预合金粉末进行处理是经放电等离子烧结进行处理的；所述的放电等离子烧结的压力为80MPa，烧结温度为1180℃，真空度为10-2Pa，烧结时间为8min；
三、车削加工：采用机械加工的方法将步骤二中得到的TiAl预制坯料进行机械加工，得到预锻TiAl构件坯料；
四、近等温模锻：将预热温度为1150℃的预锻TiAl构件坯料放入预热温度为950℃的模具中，在应变速率为0.03s-1下进行近等温模锻，得到TiAl合金叶片；
步骤四中所述的模具为钛合金锻造用高温合金模具。
3.一种TiAl预合金粉末近等温模锻制备构件的方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：
一、原材料准备：称取粒径为5μm～200μm的名义化学式为Ti-45Al-6.5Nb-0.2B-0.25Y(at％)的TiAl预合金粉末；
步骤一中所述的名义化学式为Ti-45Al-6.5Nb-0.2B-0.25Y(at％)的TiAl预合金粉末是通过惰性气体雾化技术；
二、致密化处理：将步骤一称取的粒径为5μm～200μm的名义化学式为Ti-45Al-6.5Nb-0.2B-0.25Y(at％)的TiAl预合金粉末进行处理，得到TiAl预制坯料；
步骤二中所述的将步骤一称取的粒径为5μm～200μm的名义化学式为Ti-45Al-6.5Nb-0.2B-0.25Y(at％)的TiAl预合金粉末进行处理是经热等静压进行处理的；所述的热等静压的温度为1240℃，压力为160MPa，时间为3h；
三、车削加工：采用机械加工的方法将步骤二中得到的TiAl预制坯料进行机械加工，得到预锻TiAl构件坯料；
四、近等温模锻：将预热温度为1150℃的预锻TiAl构件坯料放入预热温度为950℃的模具中，在应变速率为0.01s-1下进行近等温模锻，得到TiAl合金构件；
步骤四中所述的模具为钛合金锻造用高温合金模具。
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