CN105665729A - 一种高致密Ti2AlNb粉末合金近净成形工艺 - Google Patents

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Abstract

<b>一种高致密</b><b>Ti2AlNb</b><b>粉末合金近净成形工艺</b>，包括以下步骤：1）按照Ti2AlNb基合金的成分为配料，熔炼成Ti2AlNb合金棒；2）将精车后的合金棒装入等离子旋转电极制粉设备中，在惰性气体保护条件下将Ti2AlNb合金棒制成Ti2AlNb球形粉末；3）将制得的Ti2AlNb球形粉末装入不锈钢或低碳钢包套中；4）对装入Ti2AlNb球形粉末并振实的包套进行除气；5）对除气的包套进行热等静压成型；该方法制得的Ti2AlNb粉末合金具有各向同性的特点，致密度化程度高，组织、成分均匀，力学性能优异，并能实现大尺寸和复杂形状的Ti2AlNb合金部件。

Description

一种高致密Ti2AlNb粉末合金近净成形工艺
技术领域
本发明属于轻质高强钛铝金属间化合物的粉末冶金成型技术领域，具体涉及一种高致密Ti2AlNb粉末合金近净成形工艺。
背景技术
Ti2AlNb是以有序正交结构O相为基础的金属间化合物合金，成分通常在Ti-(18-30)Al-(12.5-30)Nb范围，并含有少量的Mo、V和Ta等合金元素。由于长程有序的超点阵结构减弱了位错运动和高温扩散，因而该合金不仅具有较高的比强度、比刚度，还有高温蠕变抗力、断裂韧性高、抗氧化性好、热膨胀系数低等特点，因此它已经成为最具潜力的新型航空航天用轻质高温结构材料。
Ti2AlNb合金化程度高,在熔炼过程中易出现宏观成分偏析,在凝固过程中易出现缩孔、疏松等铸造缺陷,室温塑性低且离散度大。目前制备Ti2AlNb合金构件的主要方法为铸锭热变形+机加工的方法，锻造遗传组织分布不均匀易导致后续机加工产生裂纹。采用粉末热等静压工艺能够解决熔铸Ti2AlNb合金宏观成分偏析、微观组织不均匀以及难加工等问题，突破了铸锭尺寸和热变形设备的局限对变形Ti2AlNb合金形状及尺寸的限制，可以成型大尺寸复杂构件，且成分均匀，组织细小，致密化程度高，性能一致性好。本发明使用的Ti2AlNb合金粉末为采用等离子旋转电极工艺制得的球形粉末，其具有粒度细、杂质少、球形度高、流动性好、氧含量低等优点，能够进一步提高粉末热等静压工艺制得的Ti2AlNb合金的综合性能。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高性能Ti2AlNb粉末合金的成型工艺，解决了粉末热等静压成型能够解决传统工艺制备Ti2AlNb合金过程中的偏析、缺陷、难以加工的问题，具有各向同性的特点，致密化程度高，组织、成分均匀，性能优异且一致性好的特点，能够满足航空航天领域的应用要求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高致密Ti2AlNb粉末合金近净成形工艺，包括以下步骤：
1）按照Ti2AlNb基合金的成分为配料，按重量百分比，Al：5-20wt%，Nb：20-50wt%，其余Ti为基体，添加0-25wt%的Mo、Ta、V、Si、Zr、W、V合金元素，并熔炼成Ti2AlNb合金棒；
2）将精车后的Ti2AlNb合金棒装入等离子旋转电极制粉设备中，在惰性气体保护下将合金棒制成Ti2AlNb球形粉末；
3）将制得的Ti2AlNb球形粉末装入不锈钢或低碳钢包套中，装粉过程中振动包套，使粉末达到振实状态；
4）对装入Ti2AlNb球形粉末并振实的包套进行除气工艺，除气温度为100-500℃，真空度为10-4-10-2Pa；
5）对除气后的包套进行热等静压成型，升温升压方式为同时升温升压或先升温后升压，热等静压参数为：温度为600-1200℃，压力为50-200MPa；
所述的惰性气体采用氦气或氩气。
所述的Ti2AlNb粉末合金具有各向同性的特点，致密度大于99.5%，成分、组织均匀，性能一致性好，其力学性能为：屈服强度大于850MPa，抗拉强度大于970MPa，断后伸长率大于6%，并可通过不同形状和尺寸的包套实现复杂形状和大尺寸Ti2AlNb合金的近净成形，能够满足航空航天领域的应用需求。
本发明的有益效果在于：
使用等离子旋转电极制粉工艺制得的优质Ti2AlNb合金粉末进行包套热等静压近净成形，获得的Ti2AlNb粉末合金致密度大于99.5%，成分、组织均匀，性能一致性好，其力学性能为：屈服强度大于850MPa，抗拉强度大于970MPa，断后伸长率大于6%，并可通过不同形状和尺寸的包套实现复杂形状和大尺寸Ti2AlNb合金的近净成形，能够满足航空航天领域的应用需求。
该方法制得的Ti2AlNb粉末合金具有各向同性的特点，致密度化程度高，组织、成分均匀，力学性能优异，并能实现大尺寸和复杂形状。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种高致密Ti2AlNb粉末合金近净成形工艺，包括以下步骤：
1）按照Ti2AlNb基合金的成分为配料，Ti：47.1wt%，Al：10.6wt%，Nb：41.3wt%，Mo：1.0wt%，并熔炼成Ti2AlNb合金棒；
2）将精车后的Ti2AlNb合金棒装入等离子旋转电极制粉设备中，在氦气或氩气等惰性气体保护下将合金棒制成Ti2AlNb球形粉末；
3）将制得的Ti2AlNb球形粉末装入不锈钢包套中，装粉过程中振动包套，使粉末达到振实状态；
4）对装入Ti2AlNb球形粉末并振实的包套进行除气工艺，除气温度为230℃，真空度为8.6*10-3Pa；
5）对除气后的包套进行热等静压成型，升温升压方式为先升温后升压，热等静压参数为：温度为1100℃，压力为170MPa；
所述的Ti2AlNb球形粉末致密度为99.9%，屈服强度852MPa，抗拉强度978MPa，断后伸长率11%。
实施例2
一种高致密Ti2AlNb粉末合金近净成形工艺，包括以下步骤：
1）按照Ti2AlNb基合金的成分为配料，Ti：39.64wt%，Al：9.64wt%，Nb：30.16wt%，Ta：20.56wt%，并熔炼成Ti2AlNb合金棒；
2）将精车后的Ti2AlNb合金棒装入等离子旋转电极制粉设备中，在氦气或氩气等惰性气体保护下将合金棒制成Ti2AlNb球形粉末；
3）将制得的Ti2AlNb球形粉末装入低碳钢包套中，装粉过程中振动包套，使粉末达到振实状态；
4）对装入Ti2AlNb球形粉末并振实的包套进行除气工艺，除气温度为170℃，真空度为9.7*10-3Pa；
5）对除气后的包套进行热等静压成型，升温升压方式为同时升温升压，热等静压参数为：温度为1040℃，压力为140MPa；
所述的Ti2AlNb球形粉末致密度为99.8%，屈服强度869MPa，抗拉强度大于1013MPa，断后伸长率9%。
实施例3
一种高致密Ti2AlNb粉末合金近净成形工艺，包括以下步骤：
1）按照Ti2AlNb基合金的成分为配料，Al：10.08wt%，Nb：44.35wt%，Ti：45.57wt%，并熔炼成Ti2AlNb合金棒；
2）将精车后的Ti2AlNb合金棒装入等离子旋转电极制粉设备中，在氦气或氩气等惰性气体保护下将合金棒制成Ti2AlNb球形粉末；
3）将制得的Ti2AlNb球形粉末装入低碳钢包套中，装粉过程中振动包套，使粉末达到振实状态；
4）对装入Ti2AlNb球形粉末并振实的包套进行除气工艺，除气温度为120℃，真空度为1.1*10-2Pa；
5）对除气后的包套进行热等静压成型，升温升压方式为同时升温升压，热等静压参数为：温度为980℃，压力为110MPa；
所述的Ti2AlNb粉末合金致密度为99.6%，屈服强度881MPa，抗拉强度大于1089MPa，断后伸长率7%。
所述的Ti2AlNb粉末合金具有各向同性的特点，组织、成分均匀，性能一直性好，能够满足航空航天领域的应用需求。

Claims (2)

1.一种高致密Ti2AlNb粉末合金近净成形工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照Ti2AlNb基合金的成分为配料，按重量百分比，Al：5-20wt%，Nb：20-50wt%，其余Ti为基体，添加0-25wt%的Mo、Ta、V、Si、Zr、W、V合金元素，并熔炼成Ti2AlNb合金棒；
2）将精车后的Ti2AlNb合金棒装入等离子旋转电极制粉设备中，在惰性气体保护下将合金棒制成Ti2AlNb球形粉末；
3）将制得的Ti2AlNb球形粉末装入不锈钢或低碳钢包套中，装粉过程中振动包套，使粉末达到振实状态；
4）对装入Ti2AlNb球形粉末并振实的包套进行除气工艺，除气温度为100-500℃，真空度为10-4-10-2Pa；
5）对除气后的包套进行热等静压成型，升温升压方式为同时升温升压或先升温后升压，热等静压参数为：温度为600-1200℃，压力为50-200MPa。
2.根据权利要求1所述的一种高致密Ti2AlNb粉末合金近净成形工艺，其特征在于，所述的惰性气体采用氦气或氩气。
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