CN105057384B - 一种高性能TiAl合金板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高性能TiAl合金板的制备方法。本发明涉及一种制备TiAl合金板材的方法。本发明的目的是要解决现有TiAl合金在热轧制过程中晶粒长大、组织不均匀、应力集中导致板材开裂以及轧制后固溶热处理工艺繁琐使TiAl合金板材综合性能下降，尤其是塑性明显下降的问题。方法：一、TiAl合金坯料的制备；二、包套；三、高温轧制第一阶段；四、高温轧制第二阶段；五、高温轧制第三阶段；六、机械加工去除包套。本发明方法细化晶粒，均匀组织，避免轧制过程中板材的开裂，提高了TiAl合金板材的高温变形能力，可以获得具有优异性能的大尺寸TiAl合金板材。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备TiAl合金板材的方法。
背景技术
随着航空、航天技术的快速发展，为进一步提高飞行器综合性能，对发动机的减重、飞行速度和续航能力提出了更高的要求。由于TiAl合金具有低密度(3.9～4.2g/cm3)、高比强度和比弹性模量、良好的高温强度和刚度、优异的高温抗氧化性和高温蠕变性能等特点，作为一种新型的轻质高温结构材料，有望成为下一代航空航天飞行器和汽车发动机高温结构零部件的重要材料。但是TiAl合金高温难变形，在热加工轧制过程中很容产生裂纹、组织不均匀等缺陷，另外TiAl本身的脆性大，后续热处理导致层片组织粗大以及组织不稳定，后续的固溶热处理方法不仅工艺繁琐而且进一步降低了TiAl合金板材的综合性能，尤其是TiAl合金板材的塑性，利用传统的热加工成形方法很难得到具有优异性能的TiAl合金板材，制约了TiAl合金的实际工程化应用。
TiAl合金具有四种特定的显微组织形态，分别为近γ组织、双态组织、近层片组织和全层片组织。层片组织具有较高的强度和断裂韧性，但塑性很差；双态组织具有较好的塑性，但是断裂韧度很低；近γ组织的综合力学性能最差，在实际应用当中希望得到细小的近层片组织或者全层片组织以满足工程的需要。目前，国内外对改善TiAl合金板材显微组织开展了大量的研究，主要的手段就是通过高温轧制后的热处理改变TiAl合金板材的组织，并通过改变后续热处理温度和时间，控制晶粒的长大，得到细小均匀的近层片组织或者全层片组织，但是这种后续的热处理工艺复杂繁琐，并且热轧制后的TiAl合金板材内存在大量的位错和较大的内应力，在热处理过程中会诱发部分晶粒的异常长大，导致TiAl合金板材开裂以及综合力学性能的下降，尤其是塑性明显降低。相比于传统的高温轧制+后续热处理手段制备TiAl合金从板材、改善板材合金显微组织的方法，本文采用TiAl合金板材在高温轧制过程中进行低温完全再结晶热处理工艺，不仅使制备TiAl合金板材的工艺简单化，而且可以避免后续的热处理过程中晶粒的异常长大现象，进一步提高了TiAl合金的高温变形能力，并优化了TiAl合金板材的综合性能。
发明内容
本发明的目的是要解决现有TiAl合金在热轧制过程中晶粒长大、组织不均匀、应力集中导致板材开裂以及轧制后固溶热处理工艺繁琐使TiAl合金板材综合性能下降，尤其是塑性明显下降的问题，而提供了一种高性能TiAl合金板的制备方法。
本发明的一种高性能TiAl合金板的制备方法按以下步骤进行：
一、TiAl合金坯料的制备：采用粉末冶金或二次锻造开坯的方法制得TiAl合金预制坯料，然后将TiAl合金预制坯料进行热等静压处理，再采用机械加工的方法将热等静压处理后的TiAl合金预制坯料加工成长方体坯料，得到TiAl合金坯料；
步骤一中所述的粉末冶金为预合金粉末法或者元素粉末法；
步骤一中所述的热等静压处理参数：热等静压温度为1000℃～1250℃，热等静压压力为140MPa～200MPa，热等静压时间为1h～5h；
步骤一中所述的TiAl合金坯料的厚度为3mm～30mm；
二、包套：采用机械加工的方法将步骤一得到的TiAl合金坯料进行表面打磨，得到表面光洁度为Ra6～Ra8的TiAl合金坯料，然后将表面光洁度为Ra6～Ra8的TiAl合金坯料置于凹槽包套中进行焊合，得到包套的TiAl合金坯料；
三、高温轧制第一阶段：①将包套的TiAl合金坯料放在炉子中，将炉子从室温升温到温度为1150℃～1260℃；②在温度为1150℃～1260℃下保温5min～120min，然后置于轧机上轧制；③重复步骤②的操作2～5次，得到高温轧制第一阶段后的TiAl合金坯料；
步骤②中所述的轧制参数为：轧制温度为1150℃～1260℃，应变速率为0.001s-1～1s-1，道次变形量为5％～25％，轧制的总变形量为30％～75％，道次回炉保温温度为1150℃～1260℃，道次回炉保温时间为5min～60min；
四、高温轧制第二阶段：①将步骤三得到的高温轧制第一阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为800℃～1140℃的炉子中进行低温完全再结晶热处理，保温时间为10min～120min，然后转至炉温为1150℃～1260℃的炉子中保温5min～60min，再放到轧机上轧制；②重复步骤①的操作1～3次，得到高温轧制第二阶段后的TiAl合金坯料；
步骤①中所述的轧制参数为：轧制温度为1150℃～1260℃，应变速率为0.001-1s～1s-1，道次变形量为5％～20％，道次回炉保温过程为：先在温度为800℃～1140℃下保温10min～120min，再在温度为1150℃～1260℃下保温5min～60min；
五、高温轧制第三阶段：①将步骤四得到的高温轧制第二阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为1265℃～1350℃的炉子中保温5min～30min，然后放到轧机上轧制；②重复步骤①的操作1～3次，再进行降温处理，得到高温轧制第三阶段后的TiAl合金坯料；
步骤①中所述的轧制参数为：轧制温度为1265℃～1350℃，应变速率为0.001s-1～1s-1，道次变形量为5％～20％，道次回炉保温温度为1265℃～1350℃，道次回炉保温时间5min～30min；
步骤②中所述的降温处理过程为：放入炉温为850℃～1000℃的炉子中保温3h～6h，然后随炉冷却至室温；
六、机械加工去除包套：采用机械加工的方法去除步骤五得到的高温轧制第三阶段后的TiAl合金坯料上的包套，得到TiAl合金板材。
本发明的优点：
1、本发明在轧制过程中进行低温完全再结晶退火，使组织全部转变为细小的等轴γ晶粒，同时释放轧制过程中产生的应力，细化晶粒，均匀组织，避免轧制过程中板材的开裂，提高了TiAl合金板材的高温变形能力，可以获得具有优异性能的大尺寸TiAl合金板材。
2、本发明轧制后直接得到了细小均匀的近层片组织或者全层片组织的TiAl合金板材，省去了后续固溶热处理工艺，节省了能源和人力，改善了TiAl合金板材的显微组织，并进一步提高了TiAl合金板材的综合性能，尤其是TiAl合金板材的塑性。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种高性能TiAl合金板的制备方法按以下步骤进行：
一、TiAl合金坯料的制备：采用粉末冶金或二次锻造开坯的方法制得TiAl合金预制坯料，然后将TiAl合金预制坯料进行热等静压处理，再采用机械加工的方法将热等静压处理后的TiAl合金预制坯料加工成长方体坯料，得到TiAl合金坯料；
步骤一中所述的粉末冶金为预合金粉末法或者元素粉末法；
步骤一中所述的热等静压处理参数：热等静压温度为1000℃～1250℃，热等静压压力为140MPa～200MPa，热等静压时间为1h～5h；
步骤一中所述的TiAl合金坯料的厚度为3mm～30mm；
二、包套：采用机械加工的方法将步骤一得到的TiAl合金坯料进行表面打磨，得到表面光洁度为Ra6～Ra8的TiAl合金坯料，然后将表面光洁度为Ra6～Ra8的TiAl合金坯料置于凹槽包套中进行焊合，得到包套的TiAl合金坯料；
三、高温轧制第一阶段：①将步骤二得到的包套的TiAl合金坯料放在炉子中，将炉子从室温升温到温度为1150℃～1260℃；②在温度为1150℃～1260℃下保温5min～120min，然后置于轧机上轧制；③重复步骤②的操作2～5次，得到高温轧制第一阶段后的TiAl合金坯料；
步骤②中所述的轧制参数为：轧制温度为1150℃～1260℃，应变速率为0.001s-1～1s-1，道次变形量为5％～25％，轧制的总变形量为30％～75％，道次回炉保温温度为1150℃～1260℃，道次回炉保温时间为5min～60min；
四、高温轧制第二阶段：①将步骤三得到的高温轧制第一阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为800℃～1140℃的炉子中进行低温完全再结晶热处理，保温时间为10min～120min，然后转至炉温为1150℃～1260℃的炉子中保温5min～60min，再放到轧机上轧制；②重复步骤①的操作1～3次，得到高温轧制第二阶段后的TiAl合金坯料；
步骤①中所述的轧制参数为：轧制温度为1150℃～1260℃，应变速率为0.001-1s～1s-1，道次变形量为5％～20％，道次回炉保温过程为：先在温度为800℃～1140℃下保温10min～120min，再在温度为1150℃～1260℃下保温5min～60min；
五、高温轧制第三阶段：①将步骤四得到的高温轧制第二阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为1265℃～1350℃的炉子中保温5min～30min，然后放到轧机上轧制；②重复步骤①的操作1～3次，再进行降温处理，得到高温轧制第三阶段后的TiAl合金坯料；
步骤①中所述的轧制参数为：轧制温度为1265℃～1350℃，应变速率为0.001s-1～1s-1，道次变形量为5％～20％，道次回炉保温温度为1265℃～1350℃，道次回炉保温时间5min～30min；
步骤②中所述的降温处理过程为：放入炉温为850℃～1000℃的炉子中保温3h～6h，然后随炉冷却至室温；
六、机械加工去除包套：采用机械加工的方法去除步骤五得到的高温轧制第三阶段后的TiAl合金坯料上的包套，得到TiAl合金板材。
本实施方式的优点：
1、本实施方式在轧制过程中进行低温完全再结晶退火，使组织全部转变为细小的等轴γ晶粒，同时释放轧制过程中产生的应力，细化晶粒，均匀组织，避免轧制过程中板材的开裂，提高了TiAl合金板材的高温变形能力，可以获得具有优异性能的大尺寸TiAl合金板材。
2、本实施方式轧制后直接得到了细小均匀的近层片组织或者全层片组织的TiAl合金板材，省去了后续固溶热处理工艺，节省了能源和人力，改善了TiAl合金板材的显微组织，并进一步提高了TiAl合金板材的综合性能，尤其是TiAl合金板材的塑性。
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TiAl合金坯料成分为：Ti-(42～45)Al-(6～9)V-(0.01％～0.6％)Y(at.％)。其他步骤及参数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TiAl合金坯料成分为：Ti-(43～45)Al-(6～9)Nb-(0.1～1)X(at.％)，其中X为合金化元素B、Si、C或Y中的一种或几种的混合。其他步骤及参数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TiAl合金坯料成分为：Ti-(43～48)Al-(2～6)Nb-(3-6)V-(0.1～1)X(at.％)，其中X为合金化元素B、Si、C或Y中的一种或几种的混合。其他步骤及参数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：步骤一中所述的TiAl合金坯料成分为：Ti-43Al-9V-0.3Y(at.％)。其他步骤及参数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：步骤二中所述的凹槽包套为由不锈钢、纯钛或钛合金加工成的凹槽包套。其他步骤及参数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：步骤三中①将步骤二得到的包套的TiAl合金坯料放在炉子中，将炉子从室温升温到温度为1150℃～1200℃；②在温度为1150℃～1200℃下保温5min～60min，然后置于轧机上轧制。其他步骤及参数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：步骤三②中所述的轧制参数为：轧制温度为1150℃～1200℃，应变速率为0.01s-1～1s-1，道次变形量为5％～25％，轧制的总变形量为30％～75％，道次回炉保温温度为1150℃～1200℃，道次回炉保温时间为5min～20min。其他步骤及参数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：步骤三①将步骤二得到的包套的TiAl合金坯料放在炉子中，将炉子从室温升温到温度为1200℃～1260℃；②在温度为1200℃～1260℃下保温5min～120min，然后置于轧机上轧制。其他步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三②中所述的轧制参数为：轧制温度为1200℃～1260℃，应变速率为0.001s-1～0.5s-1，道次变形量为5％～25％，轧制的总变形量为30％～65％，道次回炉保温温度为1200℃～1260℃，道次回炉保温时间为5min～30min。其他步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤四①将步骤三得到的高温轧制第一阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为800℃～1000℃的炉子中进行低温完全再结晶热处理，保温时间为10min～120min，然后转至炉温为1150℃～1200℃的炉子中保温5min～60min，再放到轧机上轧制。其他步骤及参数与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤四①中所述的轧制参数为：轧制温度为1150℃～1200℃，应变速率为0.01-1s～1s-1，道次变形量为5％～20％，道次回炉保温过程为：先在道次回炉保温温度为800℃～1000℃下保温10min～120min，再在道次回炉保温温度为1150℃～1200℃下保温5min～60min。其他步骤及参数与具体实施方式一至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：步骤四①将步骤三得到的高温轧制第一阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为1000℃～1140℃的炉子中进行低温完全再结晶热处理，保温时间为10min～120min，然后转至炉温为1200℃～1260℃的炉子中保温5min～60min，再放到轧机上轧制。其他步骤及参数与具体实施方式一至十二之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是：步骤四①中所述的轧制参数为：轧制温度为1200℃～1260℃，应变速率为0.001-1s～0.5s-1，道次变形量为5％～20％，道次回炉保温过程为：先在道次回炉保温温度为1000℃～1140℃下保温10min～120min，再在道次回炉保温温度为1200℃～1260℃下保温5min～60min。其他步骤及参数与具体实施方式一至十三之一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是：步骤五①将步骤四得到的高温轧制第二阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为1265℃～1300℃的炉子中保温5min～30min，然后放到轧机上轧制。其他步骤及参数与具体实施方式一至十四之一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一至十五之一不同的是：步骤五①中所述的轧制参数为：轧制温度为1265℃～1300℃，应变速率为0.01s-1～1s-1，道次变形量为5％～20％，道次回炉保温温度为1265℃～1300℃，道次回炉保温时间5min～30min。其他步骤及参数与具体实施方式一至十五之一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一至十六之一不同的是：步骤五①将步骤四得到的高温轧制第二阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为1300℃～1350℃的炉子中保温5min～30min，然后放到轧机上轧制。其他步骤及参数与具体实施方式一至十六之一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一至十七之一不同的是：步骤五①中所述的轧制参数为：轧制温度为1300℃～1350℃，应变速率为0.001s-1～0.5s-1，道次变形量为5％～20％，道次回炉保温温度为1300℃～1350℃，道次回炉保温时间5min～30min。其他步骤及参数与具体实施方式一至十七之一相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一至十八之一不同的是：步骤五②中所述的降温处理过程为：放入炉温为900℃～1000℃的炉子中保温5h，然后随炉冷却至室温。其他步骤及参数与具体实施方式一至十八之一相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一至十九之一不同的是：步骤五②中所述的降温处理过程为：放入炉温为950℃的炉子中保温5h，然后随炉冷却至室温。其他步骤及参数与具体实施方式一至十九之一相同。
用以下试验对本发明进行验证：
试验一：本试验的一种高性能TiAl合金板的制备方法按以下步骤进行：
一、TiAl合金坯料的制备：采用粉末冶金或二次锻造开坯的方法制得TiAl合金预制坯料，然后将TiAl合金预制坯料进行热等静压处理，再采用机械加工的方法将热等静压处理后的TiAl合金预制坯料加工成长方体坯料，得到TiAl合金坯料；
步骤一中所述的粉末冶金为预合金粉末法；
步骤一中所述的热等静压处理参数：热等静压温度为1200℃，热等静压压力为160MPa，热等静压时间为4h；
步骤一中所述的TiAl合金坯料的尺寸为300mm×200mm×(厚度)6mm；
步骤一中所述的TiAl合金坯料成分为：Ti-43Al-9V-0.3Y(at.％)；
二、包套：采用机械加工的方法将步骤一得到的TiAl合金坯料进行表面打磨，得到表面光洁度为Ra6的TiAl合金坯料，然后将表面光洁度为Ra6的TiAl合金坯料置于凹槽包套中进行焊合，得到包套的TiAl合金坯料；
步骤二中所述的凹槽包套为由不锈钢加工成的凹槽包套；
三、高温轧制第一阶段：①将步骤二得到的包套的TiAl合金坯料放在炉子中，将炉子从室温升温到温度为1180℃；②在温度为1180℃下保温90min，然后置于轧机上轧制；③重复步骤②的操作5次，得到高温轧制第一阶段后的TiAl合金坯料；
步骤②中所述的轧制参数为：轧制温度为1180℃，应变速率为0.5s-1，道次变形量为15％，轧制的总变形量为50％，道次回炉保温温度为1180℃，道次回炉保温时间为15min；
四、高温轧制第二阶段：①将步骤三得到的高温轧制第一阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为1000℃的炉子中进行低温完全再结晶热处理，保温时间为120min，然后转至炉温为1180℃的炉子中保温60min，再放到轧机上轧制；②重复步骤①的操作2次，得到高温轧制第二阶段后的TiAl合金坯料；
步骤①中所述的轧制参数为：轧制温度为1180℃，应变速率为0.5s-1，道次变形量为15％，道次回炉保温过程为：先在温度为1000℃下保温60min，再在温度为1180℃下保温15min；
五、高温轧制第三阶段：①将步骤四得到的高温轧制第二阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为1280℃的炉子中保温8min，然后放到轧机上轧制；②重复步骤①的操作3次，再进行降温处理，得到高温轧制第三阶段后的TiAl合金坯料；
步骤①中所述的轧制参数为：轧制温度为1280℃，应变速率为0.5s-1，道次变形量为20％，道次回炉保温温度为1280℃，道次回炉保温时间8min；
步骤②中所述的降温处理过程为：放入炉温为900℃的炉子中保温5h，然后随炉冷却至室温；
六、机械加工去除包套：采用机械加工的方法去除步骤五得到的高温轧制第三阶段后的TiAl合金坯料上的包套，得到TiAl合金板材；
步骤六中得到的TiAl合金板材尺寸为：800mm×200mm×1.8mm。
本试验得到TiAl合金板材的塑性大于2％。。
试验二：本试验的一种高性能TiAl合金板的制备方法按以下步骤进行：
一、TiAl合金坯料的制备：采用粉末冶金或二次锻造开坯的方法制得TiAl合金预制坯料，然后将TiAl合金预制坯料进行热等静压处理，再采用机械加工的方法将热等静压处理后的TiAl合金预制坯料加工成长方体坯料，得到TiAl合金坯料；
步骤一中所述的粉末冶金为预合金粉末法；
步骤一中所述的热等静压处理参数：热等静压温度为1250℃，热等静压压力为175MPa，热等静压时间为4h；
步骤一中所述的TiAl合金坯料的尺寸为200mm×100mm×(厚度)5mm；
步骤一中所述的TiAl合金坯料成分为：Ti-45Al-8.5Nb-Y(at.％)；
二、包套：采用机械加工的方法将步骤一得到的TiAl合金坯料进行表面打磨，得到表面光洁度为Ra6的TiAl合金坯料，然后将表面光洁度为Ra6的TiAl合金坯料置于凹槽包套中进行焊合，得到包套的TiAl合金坯料；
步骤二中所述的凹槽包套为由不锈钢加工成的凹槽包套；
三、高温轧制第一阶段：①将步骤二得到的包套的TiAl合金坯料放在炉子中，将炉子从室温升温到温度为1260℃；②在温度为1260℃下保温90min，然后置于轧机上轧制；③重复步骤②的操作5次，得到高温轧制第一阶段后的TiAl合金坯料；
步骤②中所述的轧制参数为：轧制温度为1260℃，应变速率为0.01s-1，道次变形量为10％，轧制的总变形量为40％，道次回炉保温温度为1260℃，道次回炉保温时间为15min；
四、高温轧制第二阶段：①将步骤三得到的高温轧制第一阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为1120℃的炉子中进行低温完全再结晶热处理，保温时间为120min，然后转至炉温为1260℃的炉子中保温60min，再放到轧机上轧制；②重复步骤①的操作3次，得到高温轧制第二阶段后的TiAl合金坯料；
步骤①中所述的轧制参数为：轧制温度为1260℃，应变速率为0.01s-1，道次变形量为15％，道次回炉保温过程为：先在温度为1120℃下保温60min，再在温度为1260℃下保温15min；
五、高温轧制第三阶段：①将步骤四得到的高温轧制第二阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为1330℃的炉子中保温8min，然后放到轧机上轧制；②重复步骤①的操作3次，再进行降温处理，得到高温轧制第三阶段后的TiAl合金坯料；
步骤①中所述的轧制参数为：轧制温度为1330℃，应变速率为0.01s-1，道次变形量为20％，道次回炉保温温度为1330℃，道次回炉保温时间8min；
步骤②中所述的降温处理过程为：放入炉温为1000℃的炉子中保温5h，然后随炉冷却至室温；
六、机械加工去除包套：采用机械加工的方法去除步骤五得到的高温轧制第三阶段后的TiAl合金坯料上的包套，得到TiAl合金板材；
步骤六中得到的TiAl合金板材尺寸为：500mm×200mm×1.8mm。
本试验得到TiAl合金板材的塑性大于1.5％。
试验三：本试验的一种高性能TiAl合金板的制备方法按以下步骤进行：
一、TiAl合金坯料的制备：采用粉末冶金或二次锻造开坯的方法制得TiAl合金预制坯料，然后将TiAl合金预制坯料进行热等静压处理，再采用机械加工的方法将热等静压处理后的TiAl合金预制坯料加工成长方体坯料，得到TiAl合金坯料；
步骤一中所述的粉末冶金为预合金粉末法；
步骤一中所述的热等静压处理参数：热等静压温度为1230℃，热等静压压力为165MPa，热等静压时间为4h；
步骤一中所述的TiAl合金坯料的尺寸为250mm×150mm×(厚度)6mm；
步骤一中所述的TiAl合金坯料成分为：Ti-45Al-6Nb-4V-Y(at.％)；
二、包套：采用机械加工的方法将步骤一得到的TiAl合金坯料进行表面打磨，得到表面光洁度为Ra6的TiAl合金坯料，然后将表面光洁度为Ra6的TiAl合金坯料置于凹槽包套中进行焊合，得到包套的TiAl合金坯料；
步骤二中所述的凹槽包套为由不锈钢加工成的凹槽包套；
三、高温轧制第一阶段：①将步骤二得到的包套的TiAl合金坯料放在炉子中，将炉子从室温升温到温度为1250℃；②在温度为1250℃下保温90min，然后置于轧机上轧制；③重复步骤②的操作5次，得到高温轧制第一阶段后的TiAl合金坯料；
步骤②中所述的轧制参数为：轧制温度为1250℃，应变速率为0.05s-1，道次变形量为10％，轧制的总变形量为45％，道次回炉保温温度为1250℃，道次回炉保温时间为15min；
四、高温轧制第二阶段：①将步骤三得到的高温轧制第一阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为1100℃的炉子中进行低温完全再结晶热处理，保温时间为120min，然后转至炉温为1250℃的炉子中保温60min，再放到轧机上轧制；②重复步骤①的操作3次，得到高温轧制第二阶段后的TiAl合金坯料；
步骤①中所述的轧制参数为：轧制温度为1250℃，应变速率为0.05s-1，道次变形量为15％，道次回炉保温过程为：先在温度为1100℃下保温60min，再在温度为1250℃下保温15min；
五、高温轧制第三阶段：①将步骤四得到的高温轧制第二阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为1300℃的炉子中保温10min，然后放到轧机上轧制；②重复步骤①的操作3次，再进行降温处理，得到高温轧制第三阶段后的TiAl合金坯料；
步骤①中所述的轧制参数为：轧制温度为1300℃，应变速率为0.05s-1，道次变形量为20％，道次回炉保温温度为1300℃，道次回炉保温时间10min；
步骤②中所述的降温处理过程为：放入炉温为950℃的炉子中保温5h，然后随炉冷却至室温；
六、机械加工去除包套：采用机械加工的方法去除步骤五得到的高温轧制第三阶段后的TiAl合金坯料上的包套，得到TiAl合金板材；
步骤六中得到的TiAl合金板材尺寸为：700mm×200mm×1.8mm。
本试验得到TiAl合金板材的塑性大于1.5％。
Claims (10)
1.一种高性能TiAl合金板的制备方法，其特征在于一种高性能TiAl合金板的制备方法按以下步骤进行：
一、TiAl合金坯料的制备：采用粉末冶金或二次锻造开坯的方法制得TiAl合金预制坯料，然后将TiAl合金预制坯料进行热等静压处理，再采用机械加工的方法将热等静压处理后的TiAl合金预制坯料加工成长方体坯料，得到TiAl合金坯料；
步骤一中所述的粉末冶金为预合金粉末法或者元素粉末法；
步骤一中所述的热等静压处理参数：热等静压温度为1000℃～1250℃，热等静压压力为140MPa～200MPa，热等静压时间为1h～5h；
步骤一中所述的TiAl合金坯料的厚度为3mm～30mm；
二、包套：采用机械加工的方法将步骤一得到的TiAl合金坯料进行表面打磨，得到表面光洁度为Ra6～Ra8的TiAl合金坯料，然后将表面光洁度为Ra6～Ra8的TiAl合金坯料置于凹槽包套中进行焊合，得到包套的TiAl合金坯料；
三、高温轧制第一阶段：①将包套的TiAl合金坯料放在炉子中，将炉子从室温升温到温度为1150℃～1260℃；②在温度为1150℃～1260℃下保温5min～120min，然后置于轧机上轧制；③重复步骤②的操作2～5次，得到高温轧制第一阶段后的TiAl合金坯料；
步骤②中所述的轧制的参数为：轧制温度为1150℃～1260℃，应变速率为0.001s-1～1s-1，道次变形量为5％～25％，轧制的总变形量为30％～75％，道次回炉保温温度为1150℃～1260℃，道次回炉保温时间为5min～60min；
四、高温轧制第二阶段：①将步骤三得到的高温轧制第一阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为800℃～1140℃的炉子中进行低温完全再结晶热处理，保温时间为10min～120min，然后转至炉温为1150℃～1260℃的炉子中保温5min～60min，再放到轧机上轧制；②重复步骤①的操作1～3次，得到高温轧制第二阶段后的TiAl合金坯料；
步骤①中所述的轧制的参数为：轧制温度为1150℃～1260℃，应变速率为0.001-1s～1s-1，道次变形量为5％～20％，道次回炉保温过程为：先在温度为800℃～1140℃下保温10min～120min，再在温度为1150℃～1260℃下保温5min～60min；
五、高温轧制第三阶段：①将步骤四得到的高温轧制第二阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为1265℃～1350℃的炉子中保温5min～30min，然后放到轧机上轧制；②重复步骤①的操作1～3次，再进行降温处理，得到高温轧制第三阶段后的TiAl合金坯料；
步骤①中所述的轧制的参数为：轧制温度为1265℃～1350℃，应变速率为0.001s-1～1s-1，道次变形量为5％～20％，道次回炉保温温度为1265℃～1350℃，道次回炉保温时间5min～30min；
步骤②中所述的降温处理过程为：放入炉温为850℃～1000℃的炉子中保温3h～6h，然后随炉冷却至室温；
六、机械加工去除包套：采用机械加工的方法去除步骤五得到的高温轧制第三阶段后的TiAl合金坯料上的包套，得到TiAl合金板材。
2.根据权利要求1所述的一种高性能TiAl合金板的制备方法，其特征在于步骤一中所述的TiAl合金坯料成分按原子百分比at.％计为：Ti-(42～45)Al-(6～9)V-(0.01％～0.6％)Y。
3.根据权利要求1所述的一种高性能TiAl合金板的制备方法，其特征在于步骤一中所述的TiAl合金坯料成分按原子百分比at.％计为：Ti-(43～45)Al-(6～9)Nb-(0.1～1)X，其中X为合金化元素B、Si、C或Y中的一种或几种的混合。
4.根据权利要求1所述的一种高性能TiAl合金板的制备方法，其特征在于步骤一中所述的TiAl合金坯料成分按原子百分比at.％计为：Ti-(43～48)Al-(2～6)Nb-(3-6)V-(0.1～1)X，其中X为合金化元素B、Si、C或Y中的一种或几种的混合。
5.根据权利要求1所述的一种高性能TiAl合金板的制备方法，其特征在于步骤一中所述的TiAl合金坯料成分按原子百分比at.％计为：Ti-43Al-9V-0.3Y。
6.根据权利要求1所述的一种高性能TiAl合金板的制备方法，其特征在于步骤二中所述的凹槽包套为由不锈钢、纯钛或钛合金加工成的凹槽包套。
7.根据权利要求1所述的一种高性能TiAl合金板的制备方法，其特征在于步骤三中①将步骤二得到的包套的TiAl合金坯料放在炉子中，将炉子从室温升温到温度为1150℃～1200℃；步骤三中②在温度为1150℃～1200℃下保温5min～60min，然后置于轧机上轧制；步骤三②中所述的轧制的参数为：轧制温度为1150℃～1200℃，应变速率为0.01s-1～1s-1，道次变形量为5％～25％，轧制的总变形量为30％～75％，道次回炉保温温度为1150℃～1200℃，道次回炉保温时间为5min～20min。
8.根据权利要求1所述的一种高性能TiAl合金板的制备方法，其特征在于步骤四①将步骤三得到的高温轧制第一阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为800℃～1000℃的炉子中进行低温完全再结晶热处理，保温时间为10min～120min，然后转至炉温为1150℃～1200℃的炉子中保温5min～60min，再放到轧机上轧制；步骤四①中所述的轧制的参数为：轧制温度为1150℃～1200℃，应变速率为0.01-1s～1s-1，道次变形量为5％～20％，道次回炉保温过程为：先在道次回炉保温温度为800℃～1000℃下保温10min～120min，再在道次回炉保温温度为1150℃～1200℃下保温5min～60min。
9.根据权利要求1所述的一种高性能TiAl合金板的制备方法，其特征在于步骤五①将步骤四得到的高温轧制第二阶段后的TiAl合金坯料放入炉温为1265℃～1300℃的炉子中保温5min～30min，然后放到轧机上轧制；步骤五①中所述的轧制的参数为：轧制温度为1265℃～1300℃，应变速率为0.01s-1～1s-1，道次变形量为5％～20％，道次回炉保温温度为1265℃～1300℃，道次回炉保温时间5min～30min。
10.根据权利要求1所述的一种高性能TiAl合金板的制备方法，其特征在于步骤五②中所述的降温处理过程为：放入炉温为900℃～1000℃的炉子中保温5h，然后随炉冷却至室温。
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