一种beta-gamma TiAl预合金粉末制备TiAl合金板材的方法，它涉及一种制备TiAl合金板材的方法。本发明专利技术的目的是要解决现有方法存在制备的TiAl合金板材的宏观偏析、枝晶偏析、化学成分不均匀，制备的TiAl合金板材性能差和制备困难的问题。方法：原材料准备，热等静压，包套，高温包套轧制，去除包套。本发明专利技术采用热等静压再进行高温包套轧制的方法制备TiAl合金板材，使用的beta-gamma TiAl合金在加工温度下引入大量的无序体心立方beta相，可改善TiAl合金的热加工性、利于后期的TiAl合金轧制成形，可更容易地制备出全致密的大尺寸TiAl合金板材。本发明专利技术适用于制备TiAl合金板材。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】一种beta-gamma TiAI预合金粉末制备Ti Al合金板材的方法
本专利技术涉及一种制备TiAl合金板材的方法。
技术介绍
TiAl合金是一种新型轻质高温结构材料，密度不到镍基合金的一半，具有轻质、高温比强度和比刚度高，高温抗氧化和抗蠕变性能优异，高的结构稳定性和阻燃能力等特点，使用温度高，成为当代航空、航天工业以及民用工业等领域的优秀候选高温结构材料之一，具有重要的工程化应用潜力。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。高性能TiAl合金板材的制备已被认为是实现TiAl合金材料工程化应用的关键。TiAl合金的板材不仅可以直接作为结构材料使用，而且还可以通过超塑成形技术加工成航空、航天发动机的零部件，能极大的扩展TiAl合金的应用范围。现用TiAl合金含有gamma相，alpha (2)相和少量的beta相，塑性低，变形能力差。而beta相具有体心立方结构，在高温下具有更多的可开动滑移系，具有较强的高温变形能力。当Al含量不高于45%时，合金在凝固过程中不发生包晶反应，这类合金避开了包晶转变，减少了包晶转变带来的成分不均匀和元素偏析。为了获得更好的beta相凝固效果，在降低Al含量的同时，可以添加Cr、Fe、Mn、Mo、Nb、V和W等beta稳定元素，可降低beta相变温度，并使beta相区向高Al区偏移。添加少量的B、C、和Y等元素能有效细化晶粒和片层间距。通过对钛铝合金的成分进行调配，获得的相组成主要为beta相和8&_8相的新型beta-gamma TiAl合金，大大拓宽了 TiAl合金的热加工窗口，使合金具有优良的热变形能力，塑性得到明显改善，有利于TiAl合金的锻造及板材的轧制，对TiAl合金的工程化使用具有重大意义。国内外多家科研院所已经开展了 TiAl合金的相关研宄，尤其是在TiAl合金板材制备及加工
目前制备TiAl合金板材的方法是采用铸锭TiAl合金通过等温乳制、包套乳制等特殊乳制工艺制备板材，该方法对乳制设备要求高，条件苟1刻，成本较高，且材料利用率低，限制了 TiAl合金的轧制板材的广泛应用。对于生产更大尺寸的TiAl合金板材而言，所选用的坯料是限制板材尺寸和显微组织均匀性的关键因素。尺寸足够大且化学成本均匀的坯料是生产大型板材所必须的，粉末冶金方法能制备高质量粉末及化学成分均匀的坯料，且具有近净成形的优点，弥补TiAl合金难成型的不足。相比该方法，本文采用的beta-gamma TiAl预合金粉末在加工温度引入大量的无序体心立方beta相，可改善TiAl合金的热加工性、扩大TiAl合金的热加工窗口，利于后期的TiAl合金轧制成形，更容易地制备出组织细小均匀、化学成分均匀的大尺寸TiAl合金板材。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有方法存在制备的TiAl合金板材的宏观偏析、枝晶偏析、化学成分不均匀，制备的TiAl合金板材性能差和制备困难的问题，而提供一种beta-gammaTiAl预合金粉末制备TiAl合金板材的方法。—种beta-gamma TiAl预合金粉末制备TiAl合金板材的方法，具体是按以下步骤完成的:一、原材料准备:称取粒径为0.5μπι?325 μπι的名义化学成分为T1-(40?44.5)Al- (0.1 ?10) X-(0.1 ?l)Z(at% )的 beta-gamma TiAl 预合金粉末；步骤一中所述的T1- (40 ?44.5) Al-(0.1 ?10) X- (0.1 ?I) Z (at % )中 X 为 beta相稳定元素；所述的beta相稳定元素为Mo、Cr、Nb、V、W、Fe和Mn中的一种或几种的混合；所述的Z为微合金化元素；所述的微合金化元素为B、C和Y中的一种或几种的混合；步骤一中所述的名义化学成分为T1-(40?44.5)Α1-(0.1?10)Χ_(0.I?I)Z(at% )的beta-gamma 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、热等静压:将步骤一称取的粒径为0.5 μπι?325 μπι的名义化学成分为T1- (40 ?44.5) Al- (0.1 ?10) X- (0.1 ?I) Z (at % )的 beta-gamma TiAl 预合金粉末放入包套中，在震实台上震实5min?60min，再进行真空脱气Ih?4h，再进行封焊，得到含有beta-gamma TiAl预合金粉末的包套，然后再进行热等静压处理，得到包有TiAl还料的包套；步骤二中所述的真空脱气的温度为200°C?500°C，压力彡10_3Pa ；步骤二中所述的热等静压处理的温度为1000°C?1250°C，压力为140M Pa?200MPa，时间为Ih?4h ;步骤二中所述的包套的材质为不锈钢、纯钛或钛合金；步骤二中所述的包套的厚度为Imm?20mm ；三、包套:采用机械加工的方法去除步骤二中TiAl坯料外面的包套，再对板料进行车削加工和倒圆角，得到表面光洁度为Ra6?Ra8，尺寸为(200?600)mmX (100?500)mmX (5?20)mm的板还；再将表面光洁度为Ra6?Ra8，尺寸为(200?600)mmX (100?500)mmX (5?20)mm的板坯放入包套中，再进行封焊，得到包有TiAl板坯的包套；步骤三中所述的包套材质为不锈钢、纯钛或钛合金；步骤三中所述的包套的厚度为2mm?20mm ；四、高温包套轧制:将步骤三得到的包有TiAl板坯的包套放入加热炉中，再将加热炉从室温升温至1000 °C?1250 °C，再在温度为1000 °C?1250 °C下保温5min?120min，再将温度为1000°C?1250°C包有板坯的包套放置在轧机上，在轧制速率为0.0lm/s?1.5m/s、道次变形量为5%?40%、乳制总变形量为30%?90%和道次回炉温度为1000°C?1250°C下，保温5min?60min的条件下进行轧制，得到轧件；再将轧件放置在温度为1000°C?1250°C的加热炉中，再关掉加热炉的电源，乳件自然冷却至100°C?900°C，再将温度为100°C?900°C轧件从加热炉中取出，自然冷却至室温，得到带有包套的轧制板材；五、去除包套:采用机械加工方法去除步骤四中得到的带有包套的轧制板材的包套，得到TiAl合金板材。本专利技术的优点:—、本专利技术采用的beta-gamma TiAl合金粉末是通过beta相快速凝固实现的，获取的粉末成分和组织更加均匀，在加工温度引入大量的无序体心立方beta相，促进了alpha相，beta相及gamma相之间的协调变形、改善了 TiAl合金的热加工性、扩大了 TiAl合金的热加工窗口，可在相对较低的温度和较高的应变速率下实现TiAl合金的高温包套轧制，更容易地制备近全致密的大尺寸TiAl合金板材。制备的TiAl合金板材组织细小一致、化学成分均匀，无偏析，力学性能优异；二、本专利技术制备的TiAl合金板材的室温抗拉强度为600MPa?800MPa。本专利技术可获得一种TiAl合金板材。【具体实施方式】【具体实施方式】一:本实施方式是具体是按以下步骤完成的:—种beta-gamma TiAl预合本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种beta‑gamma TiAl预合金粉末制备TiAl合金板材的方法，其特征在于一种beta‑gamma TiAl预合金粉末制备TiAl合金板材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的名义化学成分为Ti‑(40～44.5)Al‑(0.1～10)X‑(0.1～1)Z(at％)的beta‑gamma TiAl预合金粉末；步骤一中所述的Ti‑(40～44.5)Al‑(0.1～10)X‑(0.1～1)Z(at％)中X为beta相稳定元素；所述的beta相稳定元素为Mo、Cr、Nb、V、W、Fe和Mn中的一种或几种的混合；所述的Z为微合金化元素；所述的微合金化元素为B、C和Y中的一种或几种的混合；步骤一中所述的名义化学成分为Ti‑(40～44.5)Al‑(0.1～10)X‑(0.1～1)Z(at％)的beta‑gamma 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、热等静压：将步骤一称取的粒径为0.5μm～325μm的名义化学成分为Ti‑(40～44.5)Al‑(0.1～10)X‑(0.1～1)Z(at％)的beta‑gamma TiAl预合金粉末放入包套中，在震实台上震实5min～60min，再进行真空脱气1h～4h，再进行封焊，得到含有beta‑gamma TiAl预合金粉末的包套，然后再进行热等静压处理，得到包有TiAl坯料的包套；步骤二中所述的真空脱气的温度为200℃～500℃，压力≤10‑3Pa；步骤二中所述的热等静压处理的温度为1000℃～1250℃，压力为140M Pa～200MPa，时间为1h～4h；步骤二中所述的包套的材质为不锈钢、纯钛或钛合金；步骤二中所述的包套的厚度为1mm～20mm；三、包套：采用机械加工的方法去除步骤二中得到的坯料的外层包套，再对坯料进行包套和倒圆角，再进行切割，得到表面光洁度为Ra6～Ra8，尺寸为(200～600)mm×(100～500)mm×(5～20)mm的板坯；再将表面光洁度为Ra6～Ra8，尺寸为(200～600)mm×(100～500)mm×(5～20)mm的板坯放入包套中，再进行封焊，得到包有板坯的包套；步骤三中所述的包套材质为不锈钢、纯钛或钛合金；步骤三中所述的包套的厚度为2mm～20mm；四、高温包套轧制：将步骤三得到的包有板坯的包套放入加热炉中，再将加热炉从室温升温至1000℃～1250℃，再在温度为1000℃～1250℃下保温5min～120min，再将温度为1000℃～1250℃包有板坯的包套放置在轧机上，在轧制速率为0.01m/s～2.5m/s、道次变形量为5％～40％、轧制总变形量为30％～90％和道次回炉温度为1000℃～1250℃下，保温5min～60min的条件下进行轧制，得到轧件；再将轧件放置在温度为1000℃～1250℃的加热炉中，再关掉加热炉的电源，轧件自然冷却至100℃～900℃，再将温度为100℃～900℃轧件从加热炉中取出，自然冷却至室温，得到带有包套的轧制板材；五、去除包套：采用机械加工方法去除步骤四中得到的带有包套的轧制板材中的包套，得到TiAl合金板材。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孔凡涛，陈玉勇，周海涛，王晓鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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