CN109811288A - 快速制备TiAl合金板材的方法 - Google Patents

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CN109811288A
CN109811288A CN201910064302.8A CN201910064302A CN109811288A CN 109811288 A CN109811288 A CN 109811288A CN 201910064302 A CN201910064302 A CN 201910064302A CN 109811288 A CN109811288 A CN 109811288A
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周海涛
李中权
肖旅
王宝兵
田莹
王先飞
陈舸
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Abstract

本发明公开了一种快速制备TiAl合金板材的方法；其步骤为：TiAl合金板坯准备、TiAl合金板坯包套、TiAl合金前期包套轧制、TiAl合金后期包套轧制、去应力退火及包套去除。本发明采用的TiAl合金由于Al含量不高于44.5％，保证了合金在轧制前高温组织中含有一定量的无序β相和α相，合金具有优异的变形能力。可采用较低的轧制温度、较大的道次变形量实现板材的快速高效轧制，整个轧制周期短、利于实现晶粒的细化，最终改善板材的力学性能。本发明工艺简单，成本低，可制得高质量，无缺陷的TiAl合金板材。

Description

快速制备TiAl合金板材的方法
技术领域
本发明涉及一种快速制备TiAl合金板材的方法。
背景技术
航空航天技术的发展对蒙皮材料以及发动机材料的性能提出了更高的要求，新材料的高性能和轻量化已成为未来发展的趋势。TiAl合金密度低，具有良好的高温抗氧化性和抗蠕变性能、高的比强度和比刚度，在航空航天领域具有广阔的应用前景。但TiAl合金的本征脆性、热加工能力差、加工温度区间窄等，严重增加了TiAl合金的加工成本和限制了它的工程应用。TiAl合金板材的制备是其实用化研究中最为重要的课题之一。TiAl合金板材应用的一个潜在领域是高速运输机上的薄板、栅格结构或者蜂窝结构。另一个是未来可重复发射的运载飞行器的蒙皮结构。
由于TiAl合金热加工高温变形能力差，加之包套轧制过程中仍然存在温降，使得TiAl合金的包套轧制窗口变小。为了保证成形，一般采用的道次变形量仅为10-15％，而且轧制温度要求更高。这就意味着制备总变形量大的板材需要进行更多道次的轧制，不仅增加了板材开裂的风险，也增加了实际操作的难度。而且轧制效率低，晶粒易粗化，力学性能较差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的TiAl合金热加工窗口窄、热变形能力差而导致轧制过程中板材容易开裂、成形难且轧制效率低的问题，提供一种高效的快速制备TiAl合金板材的方法，可在低温和大变形量的轧制工艺下进行轧制。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明涉及一种快速制备TiAl合金板材的方法，所述方法包括如下步骤：
S1、TiAl合金板坯准备：准备10-60mm厚的TiAl合金板坯，TiAl合金的成分为Ti-(41-44)Al-(0.4-8.5)x-(0.01-0.5)y(at.％)，x为Mo、Cr、Nb、V、Mn中的一种或几种的混合，y为B、C、Y中的一种或几种的混合；
S2、TiAl合金板坯包套：采用机加工方法将所述TiAl合金板坯表面打磨光洁，放置于两个具有凹槽的包套中，包套的厚度为8mm-25mm；将两个具有凹槽的包套进行焊接，得到带有包套的TiAl合金坯料；
S3、TiAl合金前期包套轧制：将所述带有包套的TiAl合金坯料放进炉温为1100℃-1260℃的炉中保温10min-60min；轧制速度为40mm/s-120mm/s，道次变形量为18％-40％，道次回炉保温时间为5min-12min，板材的总压下量为40％-60％；
S4、TiAl合金后期包套轧制：将步骤S3得到的包套TiAl合金坯料放进炉温为1050℃-1260℃的炉中保温2min-10min；轧制速度为50mm/s-200mm/s，道次变形量为15％-30％，道次回炉保温时间为2min-10min，板材的总压下量为60％-90％；
S5、去应力退火及包套去除：将步骤S4中轧制完的包套TiAl合金板材在温度为800℃-900℃的条件下保温6h-48h，然后随炉冷却；采用机械加工的方法去除包套，得到TiAl合金板材。
由于在轧制初期，TiAl合金和包套的厚度较厚，轧制前选择较低的温度可以抑制TiAl合金的晶粒尺寸的增加。再通过较大的道次变形量和较低的轧制速度，可提高TiAl合金组织中细小等轴晶所占的比例。经过几道次的轧制后，组织均匀性进一步提高，等轴晶粒逐步提高，TiAl合金的变形能力进一步增强。但到轧制后期，TiAl合金和包套厚度逐渐减薄，降温严重，通过增加轧制速度和减小道次变形量利于保证后期板材的轧制成形和获取细小均匀组织的TiAl合金板材。
优选的，步骤S1中，所述TiAl合金板坯为粉末冶金法或铸锭冶金法制备而得；所述粉末冶金法包括预合金粉末+热等静压或预合金粉末+真空热压烧结；所述铸锭冶金法包括等离子束冷床炉熔炼铸锭、等离子束冷床炉熔炼铸锭+包套锻造、真空自耗电弧熔炼铸锭+包套锻造或凝壳感应熔炼铸锭+包套锻造。
优选的，所述TiAl合金板坯的平均晶粒尺寸或平均层片晶团尺寸为5μm-300μm。
更优选的，所述TiAl合金板坯的平均晶粒尺寸或平均层片晶团尺寸为10μm-100μm。
优选的，步骤S1中，TiAl合金的成分为Ti-(41-44)Al-(1.5-8.5)x-(0.01-0.5)y(at.％)，其中，x为Mo、Cr、Nb和Mn中的一种或几种的混合；y为B、C和Y中的一种或两种的混合。选用的低Al-TiAl合金，高温组织中含有更好的无序α相，随着轧制的进行，高温组织中的等轴的无序α相含量逐渐增多，变形能力增强，利于板材的成形。
优选的，步骤S1中，TiAl合金的成分为Ti-(41.5-43.5)Al-(2-8.5)x-(0.03-0.3)y(at.％)，其中，x为Cr和Nb中的一种或两种的混合，y为B和Y中的一种或两种的混合。选用的TiAl合金，高温组织中含有更好的无序α相，随着轧制的进行，高温组织中的等轴的无序α相含量逐渐增多，变形能力增强，利于板材的成形。
优选的，步骤S1中，TiAl合金的成分为Ti-(41.5-43)Al-(4-8)x-(01-0.3)y(at.％)，其中，x为Nb；y为B、Y中的一种或两种的混合。低Al高Nb-TiAl合金，在轧制前组织中含有一定的β相，利于板材成形。制备的高Nb-TiAl合金具有更优异的高温强度、抗氧化性能、抗蠕变性能等。
优选的，步骤S1中，TiAl合金的成分为Ti-42Al-8Nb-0.2B、Ti-43Al-7Nb-0.2Y、Ti-43Al-8Nb-0.2B-0.3Y、Ti-43.5Al-7Nb-0.2Y、Ti-42Al-2Cr-0.2B、Ti-43Al-1.5Cr-0.2Y、Ti-44Al-1Cr-0.3C、Ti-42Al-1.2Mo-0.2B、Ti-43Al-0.8Mo-0.2Y、Ti-43.5Al-0.4Mo-0.2C、Ti-42Al-3Mn-0.2B、Ti-43Al-2.5Mn-0.2Y、Ti-43.5Al-2Mn-0.2C、Ti-42Al-7V-0.2C、Ti-43Al-5V-0.2B、Ti-44Al-4V-0.2Y、Ti-42Al-6Nb-0.6Mo-0.2C、Ti-43Al-4Nb-0.5Mo-0.2C、Ti-44Al-4Nb-0.4Mo-0.2C、Ti-42Al-6Nb-1.5Cr-0.3Y、Ti-43Al-4Nb-1.5Cr-0.2B、Ti-43Al-2Nb-2Cr-0.3Y、Ti-43Al-2Nb-2Cr-0.2B-0.3Y、Ti-43.5Al-2Nb-1.5Cr-0.3C、Ti-42Al-4Nb-2Mn-0.3C、Ti-43Al-4Nb-2Mn-0.3Y、Ti-43Al-2Nb-2Mn-0.3Y或Ti-43.5Al-4Nb-2Mn-0.2B-0.3Y。选用的这些TiAl合金，由于Al低于44.5％，使得高温组织中含有较多的无序的β相和α相，可显著提高TiAl合金的变形能力，因而可保证大道次变形量板材的轧制成形。
优选的，步骤S2中，所述的包套材质为不锈钢、耐热钢或碳钢。
优选的，步骤S3中，所述的TiAl合金前期包套轧制工艺为：轧制温度为1100℃-1250℃、炉前保温20min-50min、轧制速度40mm/s-100mm/s、道次变形量20％-35％、道次回炉保温时间5min-10min，总压下量为45％-60％。
优选的，步骤S3中，所述的TiAl合金前期包套轧制工艺为：轧制温度为1130℃-1230℃、炉前保温30min-40min、轧制速度40mm/s-80mm/s、道次变形量20％-30％、道次回炉保温时间5min-8min，总压下量为45％-50％。
优选的，步骤S4中，所述的TiAl合金后期包套轧制工艺为：轧制温度为1080℃-1250℃、炉中保温2min-8min、轧制速度50mm/s-140mm/s、道次变形量15％-25％、道次回炉保温时间4min-8min，总压下量为50％-85％。
优选的，步骤S4中，所述的TiAl合金后期包套轧制工艺为：轧制温度为1100℃-1200℃、炉中保温4min-6min、轧制速度60mm/s-100mm/s、道次变形量16％-20％、道次回炉保温时间5min-8min，总压下量为55％-80％。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用的TiAl合金由于Al含量不高于44.5％，合金在凝固过程中不发生包晶反应，细化了铸造组织，减少了包晶转变带来的成分不均匀和元素偏析，获得的铸锭致密度高。
2、本发明采用的TiAl合金由于Al含量不高于44.5％，保证了合金在轧制前高温组织中含有一定含量的无序β相和α相，可显著提高TiAl合金的变形能力，因而可保证大道次变形量板材的轧制成形。
3、由于轧制温度低、道次变形量大及保温时间短，利于整个轧制周期晶粒的细化，改善了最终板材的力学性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种快速制备TiAl合金板材的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、TiAl合金板坯准备：准备30mm的TiAl合金板坯，TiAl合金的成分为Ti-43Al-8Nb-0.2B-0.3Y(at.％)；
步骤一中所述的TiAl合金板坯是真空自耗电弧熔炼铸锭+包套锻造制备的。
步骤一中所述的TiAl合金板坯的平均晶粒尺寸为50μm。
二、TiAl合金板坯包套：采用机加工方法将步骤一得到的TiAl合金板坯表面打磨光洁，然后放置于两个具有凹槽的包套中，包套的厚度为10mm。将两个具有凹槽的包套进行焊接，得到包套的TiAl合金坯料；
步骤二中所述的包套材质为不锈钢。
三、TiAl合金前期包套轧制：将步骤二得到的包套TiAl合金坯料放进炉温为1240℃的炉中保温40min。轧制速度为40mm/s、道次变形量为25％、道次回炉保温时间为8min，此工艺下板材的总压下量为58％。
四、TiAl合金后期包套轧制：将步骤三得到的包套TiAl合金坯料放进炉温为1230℃的炉中保温8min。轧制速度为50mm/s、道次变形量为20％。道次回炉保温时间为8min，此工艺下板材的总压下量为83％。
五、去应力退火及包套去除：将步骤四中轧制完的包套TiAl合金板材在温度为900℃的条件下保温12h，然后随炉冷却至室温。采用机械加工的方法去除包套，得到表面质量良好的TiAl合金板材。
实施例2
本实施例涉及一种快速制备TiAl合金板材的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、TiAl合金板坯准备：准备40mm的TiAl合金板坯，TiAl合金的成分为Ti-44Al-1Cr-0.3C(at.％)；
步骤一中所述的TiAl合金板坯是通过预合金粉末+热等静压制备的。
步骤一中所述的TiAl合金板坯的平均晶粒尺寸为30μm。
二、TiAl合金板坯包套：采用机加工方法将步骤一得到的TiAl合金板坯表面打磨光洁，然后放置于两个具有凹槽的包套中，包套的厚度为15mm。将两个具有凹槽的包套进行焊接，得到带有包套的TiAl合金坯料；
步骤二中所述的包套材质为耐热钢。
三、TiAl合金前期包套轧制：将步骤二得到的包套TiAl合金坯料放进炉温为1260℃的炉中保温40min。轧制速度为50mm/s、道次变形量为35％、道次回炉保温时间为6min，此工艺下板材的总压下量为58％。
四、TiAl合金后期包套轧制：将步骤三得到的包套TiAl合金坯料同样放进炉温为1260℃的炉中保温6min。轧制速度为60mm/s、道次变形量为20％。道次回炉保温时间为5min，此工艺下板材的总压下量为77％。
五、去应力退火及包套去除：将步骤四中轧制完的包套TiAl合金板材在温度为850℃的条件下保温10h，然后随炉冷却至室温。采用机械加工的方法去除包套，得到表面质量良好的TiAl合金板材。
实施例3
本实施例涉及一种快速制备TiAl合金板材的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、TiAl合金板坯准备：准备30mm的TiAl合金板坯，TiAl合金的成分为Ti-42Al-7V-0.2C(at.％)；
步骤一中所述的TiAl合金板坯是通过真空自耗电弧熔炼铸锭+包套锻造制备的。
步骤一中所述的TiAl合金板坯的平均晶粒尺寸为30μm。
二、TiAl合金板坯包套：采用机加工方法将步骤一得到的TiAl合金板坯表面打磨光洁，然后放置于两个具有凹槽的包套中，包套的厚度为8mm。将两个具有凹槽的包套进行焊接，得到带有包套的TiAl合金坯料；
步骤二中所述的包套材质为碳钢。
三、TiAl合金前期包套轧制：将步骤二得到的包套TiAl合金坯料放进炉温为1180℃的炉中保温30min。轧制速度为60mm/s、道次变形量为30％、道次回炉保温时间为8min，此工艺下板材的总压下量为51％。
四、TiAl合金后期包套轧制：将步骤三得到的包套TiAl合金坯料同样放进炉温为1180℃的炉中保温8min。轧制速度为80mm/s、道次变形量为25％。道次回炉保温时间为8min，此工艺下板材的总压下量为73％。
五、去应力退火及包套去除：将步骤四中轧制完的包套TiAl合金板材在温度为800℃的条件下保温8h，然后随炉冷却至室温。采用机械加工的方法去除包套，得到表面质量良好的TiAl合金板材。
实施例4
本实施例涉及一种快速制备TiAl合金板材的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、TiAl合金板坯准备：准备25mm的TiAl合金板坯，TiAl合金的成分为Ti-42Al-3Mn-0.2B(at.％)；
步骤一中所述的TiAl合金板坯是通过预合金粉末+真空热压烧结制备的。
步骤一中所述的TiAl合金板坯的平均晶粒尺寸为15μm。
二、TiAl合金板坯包套：采用机加工方法将步骤一得到的TiAl合金板坯表面打磨光洁，然后放置于两个具有凹槽的包套中，包套的厚度为7mm。将两个具有凹槽的包套进行焊接，得到带有包套的TiAl合金坯料；
步骤二中所述的包套材质为不锈钢。
三、TiAl合金前期包套轧制：将步骤二得到的包套TiAl合金坯料放进炉温为1200℃的炉中保温40min。轧制速度为60mm/s、道次变形量为28％、道次回炉保温时间为7min，此工艺下板材的总压下量为52％。
四、TiAl合金后期包套轧制：将步骤三得到的包套TiAl合金坯料同样放进炉温为1180℃的炉中保温6min。轧制速度为90mm/s、道次变形量为20％。道次回炉保温时间为5min，此工艺下板材的总压下量为74％。
五、去应力退火及包套去除：将步骤四中轧制完的包套TiAl合金板材在温度为800℃的条件下保温8h，然后随炉冷却至室温。采用机械加工的方法去除包套，得到表面质量良好的TiAl合金板材。
实施例5
本实施例涉及一种快速制备TiAl合金板材的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、TiAl合金板坯准备：准备22mm的TiAl合金板坯，TiAl合金的成分为Ti-43Al-0.8Mo-0.2Y(at.％)；
步骤一中所述的TiAl合金板坯是通过凝壳感应熔炼铸锭+包套锻造制备的。
步骤一中所述的TiAl合金板坯的平均晶粒尺寸为50μm。
二、TiAl合金板坯包套：采用机加工方法将步骤一得到的TiAl合金板坯表面打磨光洁，然后放置于两个具有凹槽的包套中，包套的厚度为7mm。将两个具有凹槽的包套进行焊接，得到带有包套的TiAl合金坯料；
步骤二中所述的包套材质为耐热钢。
三、TiAl合金前期包套轧制：将步骤二得到的包套TiAl合金坯料放进炉温为1210℃的炉中保温30min。轧制速度为40mm/s、道次变形量为25％、道次回炉保温时间为6min，此工艺下板材的总压下量为58％。
四、TiAl合金后期包套轧制：将步骤三得到的包套TiAl合金坯料同样放进炉温为1210℃的炉中保温6min。轧制速度为50mm/s、道次变形量为18％。道次回炉保温时间为5min，此工艺下板材的总压下量为72％。
五、去应力退火及包套去除：将步骤四中轧制完的包套TiAl合金板材在温度为850℃的条件下保温10h，然后随炉冷却至室温。采用机械加工的方法去除包套，得到表面质量良好的TiAl合金板材。
实施例6
本实施例涉及一种快速制备TiAl合金板材的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、TiAl合金板坯准备：准备25mm的TiAl合金板坯，TiAl合金的成分为Ti-43Al-2Cr-2Nb-0.3Y(at.％)；
步骤一中所述的TiAl合金板坯是通过等离子束冷床炉熔炼制备的。
步骤一中所述的TiAl合金板坯的平均晶粒尺寸为80μm。
二、TiAl合金板坯包套：采用机加工方法将步骤一得到的TiAl合金板坯表面打磨光洁，然后放置于两个具有凹槽的包套中，包套的厚度为7mm。将两个具有凹槽的包套进行焊接，得到带有包套的TiAl合金坯料；
步骤二中所述的包套材质为碳钢。
三、TiAl合金前期包套轧制：将步骤二得到的包套TiAl合金坯料放进炉温为1230℃的炉中保温30min。轧制速度为30mm/s、道次变形量为30％、道次回炉保温时间为6min，此工艺下板材的总压下量为51％。
四、TiAl合金后期包套轧制：将步骤三得到的包套TiAl合金坯料同样放进炉温为1230℃的炉中保温6min。轧制速度为50mm/s、道次变形量为25％。道次回炉保温时间为5min，此工艺下板材的总压下量为79％。
五、去应力退火及包套去除：将步骤四中轧制完的包套TiAl合金板材在温度为800℃的条件下保温12h，然后随炉冷却至室温。采用机械加工的方法去除包套，得到表面质量良好的TiAl合金板材。
实施例7
本实施例涉及一种快速制备TiAl合金板材的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、TiAl合金板坯准备：准备20mm的TiAl合金板坯，TiAl合金的成分为Ti-43Al-4Nb-0.5Mo-0.2C(at.％)；
步骤一中所述的TiAl合金板坯是通过等离子束冷床炉熔炼+包套锻造制备的。
步骤一中所述的TiAl合金板坯的平均晶粒尺寸为30μm。
二、TiAl合金板坯包套：采用机加工方法将步骤一得到的TiAl合金板坯表面打磨光洁，然后放置于两个具有凹槽的包套中，包套的厚度为7mm。将两个具有凹槽的包套进行焊接，得到带有包套的TiAl合金坯料；
步骤二中所述的包套材质为不锈钢。
三、TiAl合金前期包套轧制：将步骤二得到的包套TiAl合金坯料放进炉温为1235℃的炉中保温45min。轧制速度为40mm/s、道次变形量为20％、道次回炉保温时间为6min，此工艺下板材的总压下量为49％。
四、TiAl合金后期包套轧制：将步骤三得到的包套TiAl合金坯料同样放进炉温为1235℃的炉中保温6min。轧制速度为50mm/s、道次变形量为22％。道次回炉保温时间为5min，此工艺下板材的总压下量为70％。
五、去应力退火及包套去除：将步骤四中轧制完的包套TiAl合金板材在温度为850℃的条件下保温12h，然后随炉冷却至室温。采用机械加工的方法去除包套，得到表面质量良好的TiAl合金板材。
实施例8
本实施例涉及一种快速制备TiAl合金板材的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、TiAl合金板坯准备：准备28mm的TiAl合金板坯，TiAl合金的成分为Ti-43Al-4Nb-1.5Cr-0.2B(at.％)；
步骤一中所述的TiAl合金板坯是通过真空自耗电弧熔炼铸锭+包套锻造制备的。
步骤一中所述的TiAl合金板坯的平均晶粒尺寸为40μm。
二、TiAl合金板坯包套：采用机加工方法将步骤一得到的TiAl合金板坯表面打磨光洁，然后放置于两个具有凹槽的包套中，包套的厚度为6mm。将两个具有凹槽的包套进行焊接，得到带有包套的TiAl合金坯料；
步骤二中所述的包套材质为耐热钢。
三、TiAl合金前期包套轧制：将步骤二得到的包套TiAl合金坯料放进炉温为1220℃的炉中保温60min。轧制速度为40mm/s、道次变形量为18％、道次回炉保温时间为6min，此工艺下板材的总压下量为45％。
四、TiAl合金后期包套轧制：将步骤三得到的包套TiAl合金坯料同样放进炉温为1220℃的炉中保温5min。轧制速度为50mm/s、道次变形量为23％。道次回炉保温时间为5min，此工艺下板材的总压下量为75％。
五、去应力退火及包套去除：将步骤四中轧制完的包套TiAl合金板材在温度为850℃的条件下保温8h，然后随炉冷却至室温。采用机械加工的方法去除包套，得到表面质量良好的TiAl合金板材。
实施例9
本实施例涉及一种快速制备TiAl合金板材的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、TiAl合金板坯准备：准备25mm的TiAl合金板坯，TiAl合金的成分为Ti-43Al-2Nb-2Cr-0.2B-0.3Y(at.％)；
步骤一中所述的TiAl合金板坯是通过预合金粉末+热等静压制备的。
步骤一中所述的TiAl合金板坯的平均晶粒尺寸为15μm。
二、TiAl合金板坯包套：采用机加工方法将步骤一得到的TiAl合金板坯表面打磨光洁，然后放置于两个具有凹槽的包套中，包套的厚度为8mm。将两个具有凹槽的包套进行焊接，得到带有包套的TiAl合金坯料；
步骤二中所述的包套材质为耐热钢。
三、TiAl合金前期包套轧制：将步骤二得到的包套TiAl合金坯料放进炉温为1210℃的炉中保温40min。轧制速度为50mm/s、道次变形量为23％、道次回炉保温时间为7min，此工艺下板材的总压下量为41％。
四、TiAl合金后期包套轧制：将步骤三得到的包套TiAl合金坯料同样放进炉温为1210℃的炉中保温5min。轧制速度为70mm/s、道次变形量为25％。道次回炉保温时间为5min，此工艺下板材的总压下量为74％。
五、去应力退火及包套去除：将步骤四中轧制完的包套TiAl合金板材在温度为850℃的条件下保温8h，然后随炉冷却至室温。采用机械加工的方法去除包套，得到表面质量良好的TiAl合金板材。
实施例10
本实施例涉及一种快速制备TiAl合金板材的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、TiAl合金板坯准备：准备30mm的TiAl合金板坯，TiAl合金的成分为Ti-43Al-4Nb-2Mn-0.3Y(at.％)；
步骤一中所述的TiAl合金板坯是通过真空自耗电弧熔炼铸锭+包套锻造制备的。
步骤一中所述的TiAl合金板坯的平均晶粒尺寸为50μm。
二、TiAl合金板坯包套：采用机加工方法将步骤一得到的TiAl合金板坯表面打磨光洁，然后放置于两个具有凹槽的包套中，包套的厚度为8mm。将两个具有凹槽的包套进行焊接，得到包套的TiAl合金坯料；
步骤二中所述的包套材质为不锈钢。
三、TiAl合金前期包套轧制：将步骤二得到的包套TiAl合金坯料放进炉温为1200℃的炉中保温50min。轧制速度为50mm/s、道次变形量为20％、道次回炉保温时间为7min，此工艺下板材的总压下量为49％。
四、TiAl合金后期包套轧制：将步骤三得到的包套TiAl合金坯料同样放进炉温为1180℃的炉中保温6min。轧制速度为60mm/s、道次变形量为20％。道次回炉保温时间为6min，此工艺下板材的总压下量为74％。
五、去应力退火及包套去除：将步骤四中轧制完的包套TiAl合金板材在温度为840℃的条件下保温10h，然后随炉冷却至室温。采用机械加工的方法去除包套，得到表面质量良好的TiAl合金板材。
实施例11
本实施例涉及一种快速制备TiAl合金板材的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、TiAl合金板坯准备：准备28mm的TiAl合金板坯，TiAl合金的成分为Ti-42Al-8Nb-0.2B(at.％)；
步骤一中所述的TiAl合金板坯是通过真空自耗电弧熔炼铸锭+包套锻造制备的。
步骤一中所述的TiAl合金板坯的平均晶粒尺寸为48μm。
二、TiAl合金板坯包套：采用机加工方法将步骤一得到的TiAl合金板坯表面打磨光洁，然后放置于两个具有凹槽的包套中，包套的厚度为8mm。将两个具有凹槽的包套进行焊接，得到带有包套的TiAl合金坯料；
步骤二中所述的包套材质为耐热钢。
三、TiAl合金前期包套轧制：将步骤二得到的包套TiAl合金坯料放进炉温为1220℃的炉中保温40min。轧制速度为40mm/s、道次变形量为22％、道次回炉保温时间为6min，此工艺下板材的总压下量为40％。
四、TiAl合金后期包套轧制：将步骤三得到的包套TiAl合金坯料同样放进炉温为1220℃的炉中保温8min。轧制速度为80mm/s、道次变形量为25％。道次回炉保温时间为5min，此工艺下板材的总压下量为74.2％。
五、去应力退火及包套去除：将步骤四中轧制完的包套TiAl合金板材在温度为900℃的条件下保温8h，然后随炉冷却至室温。采用机械加工的方法去除包套，得到表面质量良好的TiAl合金板材。
将上述各实施例制得的具有优异变形能力的TiAl合金进行室温力学性能，拉伸应变速率为2×10-4s-1，其结果如下表1所示：
表1
抗拉强度 延伸率
实施例1 982MPa 0.89％
实施例2 754MPa 1.41％
实施例3 788MPa 1.64％
实施例4 753MPa 1.41％
实施例5 831MPa 0.72％
实施例6 784MPa 1.74％
实施例7 822MPa 1.31％
实施例8 831MPa 1.32％
实施例9 768MPa 1.53％
实施例10 780MPa 1.12％
实施例11 970MPa 0.79％
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必付出创造性劳动。因此，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种快速制备TiAl合金板材的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、TiAl合金板坯准备：准备10-60mm厚的TiAl合金板坯，TiAl合金的成分为Ti-(41-44)Al-(0.4-8.5)x-(0.01-0.5)y(at.％)，x为Mo、Cr、Nb、V、Mn中的一种或几种的混合，y为B、C、Y中的一种或几种的混合；
S2、TiAl合金板坯包套：采用机加工方法将所述TiAl合金板坯表面打磨光洁，放置于两个具有凹槽的包套中，包套的厚度为8mm-25mm；将两个具有凹槽的包套进行焊接，得到带有包套的TiAl合金坯料；
S3、TiAl合金前期包套轧制：将所述带有包套的TiAl合金坯料放进炉温为1100℃-1260℃的炉中保温10min-60min；轧制速度为40mm/s-120mm/s，道次变形量为18％-40％，道次回炉保温时间为5min-12min，板材的总压下量为40％-60％；
S4、TiAl合金后期包套轧制：将步骤S3得到的包套TiAl合金坯料放进炉温为1050℃-1260℃的炉中保温2min-10min；轧制速度为50mm/s-200mm/s，道次变形量为15％-30％，道次回炉保温时间为2min-10min，板材的总压下量为60％-90％；
S5、去应力退火及包套去除：将步骤S4中轧制完的包套TiAl合金板材在温度为800℃-900℃的条件下保温6h-48h，然后随炉冷却；采用机械加工的方法去除包套，得到TiAl合金板材。
2.根据权利要求1所述的快速制备TiAl合金板材的方法，其特征在于，步骤S1中，所述TiAl合金板坯为粉末冶金法或铸锭冶金法制备而得；所述粉末冶金法包括预合金粉末+热等静压或预合金粉末+真空热压烧结；所述铸锭冶金法包括等离子束冷床炉熔炼铸锭、等离子束冷床炉熔炼铸锭+包套锻造、真空自耗电弧熔炼铸锭+包套锻造或凝壳感应熔炼铸锭+包套锻造；所述TiAl合金板坯的平均晶粒尺寸或平均层片晶团尺寸为5μm-300μm；步骤S2中，所述的包套材质为不锈钢、耐热钢或碳钢。
3.根据权利要求1所述的快速制备TiAl合金板材的方法，其特征在于，步骤S1中，TiAl合金的成分为Ti-(41-44)Al-(1.5-8.5)x-(0.01-0.5)y(at.％)，其中，x为Mo、Cr、Nb和Mn中的一种或几种的混合；y为B、C和Y中的一种或两种的混合。
4.根据权利要求1所述的快速制备TiAl合金板材的方法，其特征在于，步骤S1中，TiAl合金的成分为Ti-(41.5-43.5)Al-(2-8.5)x-(0.03-0.3)y(at.％)，其中，x为Cr和Nb中的一种或两种的混合，y为B和Y中的一种或两种的混合。
5.根据权利要求1所述的快速制备TiAl合金板材的方法，其特征在于，步骤S1中，TiAl合金的成分为Ti-(41.5-43)Al-(4-8)x-(01-0.3)y(at.％)，其中，x为Nb；y为B、Y中的一种或两种的混合。
6.根据权利要求1所述的快速制备TiAl合金板材的方法，其特征在于，步骤S1中，TiAl合金的成分为Ti-42Al-8Nb-0.2B、Ti-43Al-7Nb-0.2Y、Ti-43Al-8Nb-0.2B-0.3Y、Ti-43.5Al-7Nb-0.2Y、Ti-42Al-2Cr-0.2B、Ti-43Al-1.5Cr-0.2Y、Ti-44Al-1Cr-0.3C、Ti-42Al-1.2Mo-0.2B、Ti-43Al-0.8Mo-0.2Y、Ti-43.5Al-0.4Mo-0.2C、Ti-42Al-3Mn-0.2B、Ti-43Al-2.5Mn-0.2Y、Ti-43.5Al-2Mn-0.2C、Ti-42Al-7V-0.2C、Ti-43Al-5V-0.2B、Ti-44Al-4V-0.2Y、Ti-42Al-6Nb-0.6Mo-0.2C、Ti-43Al-4Nb-0.5Mo-0.2C、Ti-44Al-4Nb-0.4Mo-0.2C、Ti-42Al-6Nb-1.5Cr-0.3Y、Ti-43Al-4Nb-1.5Cr-0.2B、Ti-43Al-2Nb-2Cr-0.3Y、Ti-43Al-2Nb-2Cr-0.2B-0.3Y、Ti-43.5Al-2Nb-1.5Cr-0.3C、Ti-42Al-4Nb-2Mn-0.3C、Ti-43Al-4Nb-2Mn-0.3Y、Ti-43Al-2Nb-2Mn-0.3Y或Ti-43.5Al-4Nb-2Mn-0.2B-0.3Y。
7.根据权利要求1所述的快速制备TiAl合金板材的方法，其特征在于，步骤S3中，所述的TiAl合金前期包套轧制工艺为：轧制温度为1100℃-1250℃、炉前保温20min-50min、轧制速度40mm/s-100mm/s、道次变形量20％-35％、道次回炉保温时间5min-10min，总压下量为45％-60％。
8.根据权利要求1所述的快速制备TiAl合金板材的方法，其特征在于，步骤S3中，所述的TiAl合金前期包套轧制工艺为：轧制温度为1130℃-1230℃、炉前保温30min-40min、轧制速度40mm/s-80mm/s、道次变形量20％-30％、道次回炉保温时间5min-8min，总压下量为45％-50％。
9.根据权利要求1所述的快速制备TiAl合金板材的方法，其特征在于，步骤S4中，所述的TiAl合金后期包套轧制工艺为：轧制温度为1080℃-1250℃、炉中保温2min-8min、轧制速度50mm/s-140mm/s、道次变形量15％-25％、道次回炉保温时间4min-8min，总压下量为50％-85％。
10.根据权利要求1所述的快速制备TiAl合金板材的方法，其特征在于，步骤S4中，所述的TiAl合金后期包套轧制工艺为：轧制温度为1100℃-1200℃、炉中保温4min-6min、轧制速度60mm/s-100mm/s、道次变形量16％-20％、道次回炉保温时间5min-8min，总压下量为55％-80％。
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