一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金及制法制造技术

本发明专利技术提供一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金及制法，制备的具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金是通过高能球磨结合热压烧结技术得到的，实现了双峰TiAl合金的有效、可控制备。其特点是高温力学强度较高，抗氧化性能较好，具有良好组织结构的TiAl基合金。且本发明专利技术制备的具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金具有微细晶粒γ+α2/γ双态组织和粗晶粒单相γ组织，在950℃，应变速率为2×10

【技术实现步骤摘要】
一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金及制法
本专利技术涉及金属合金领域，具体涉及一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金及制法。
技术介绍
通过对材料微观结构的多级构筑，比如制备多尺度微观组织（双峰、多峰晶粒尺寸分布）、层片结构、梯度结构等，能够获得组织致密且具有良好强度-塑性配合的TiAl合金粉末冶金材料，并提高材料的综合力学性能，从而充分发挥金属结构材料的应用价值。但考虑到材料性能的调控效果和制备技术的易行性，在诸多的微观构型中，双峰晶粒尺寸分布的组织结构具有较高的实用性，引起了国内外研究者们的广泛关注。双峰TiAl合金材料是一种将粗晶嵌入到亚微米晶或超细晶TiAl合金基体中得到的复合结构。其晶粒尺寸服从统计学中的双峰分布，从而获得强度与韧性兼备的多尺度TiAl合金。近些年来，很少有研究者在双峰TiAl合金材料的制备和力学性能方面做研究。TiAl基合金相对于钛合金和镍基合金而言，TiAl基合金室温比模量、比强度高，在600-750℃具有良好的抗蠕变性能，650-850℃抗氧化性能和高温强度与镍基高温合金相当，但其密度却远小于镍基高温合金。TiAl合金已用于制备了一些发动机部件、框架、飞机转子、涡轮机叶片及汽车避震器等部件，是替代镍基高温合金的理想轻质结构材料之一。例如，GE公司在GE90发动机中用TiAl合金叶片代替了部分镍基高温合金叶片，减轻了发动机重量约200千克。日本丰田公司利用粉末冶金方法生产的Ti合金排气阀已用于试验生产，发动机能耗降低5%~8%，中科院金属研究所开发出的TiAl合金叶片精密铸造技术，也将应用于我国首款商用航空发动机长江-1000。TiAl合金的制备技术主要有铸造，铸锭冶金、粉末冶金等。粉末冶金法既能够获得晶粒细小、组织均匀、各向同性、热加工性能良好且无宏观偏析、缩孔等缺陷的的合金，有效提高材料的综合性能，又能实现零件近净成形，从而避免因室温塑性差引起的难加工问题。但是，现有技术中的粉末冶金法制备TiAl基合金，主要通过两种方法提高TiAl合金强度，一是合金化，添加Nb、Mo、W等元素提高强度，添加Cr、Mn、V等元素提高塑性。二是热等静压烧结提高TiAl合金致密度，进而提高TiAl合金强度。这两种方法相对铸锭冶金法和铸造法对TiAl合金高温性能提高有限，且成本较高，离大规模工业化生产还有一定距离。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金及制法，制备的具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金是通过高能球磨结合热压烧结技术得到的，实现了双峰TiAl合金的有效、可控制备。其特点是高温力学强度较高，抗氧化性能较好，具有良好组织结构的TiAl基合金。本专利技术的一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金，其组分和重量百分比如下：Ti49.7%～67.8%；Al28.5%～38.2%；Nb0.1%～12%；Cr0.1%～6.7%。本专利技术的一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金的制备方法，步骤和条件如下：（1）取TiAl预合金粉末，组分和重量百分比如下：Ti49.7%～67.8%；Al28.5%～38.2%；Nb0.1%～12%；Cr0.1%～6.7%，粒度在30μm～150μm之间；在球磨罐中加入不锈钢钢球，将TiAl预合金粉末装入球磨罐中球磨；钢球和粉末质量比为5～20：1，小不锈钢钢球直径为10mm,大不锈钢钢球直径为15mm；小不锈钢球和大不锈钢钢球数量比为1～3：1，球磨速度400r/min～600r/min，球磨时间为20h～30h；球磨后得到粒度在0.1μm～6μm之间的细粉；（2）在球磨罐中加入不锈钢钢球，按步骤（1）得到的细粉的质量占细粉和TiAl预合金粉末总质量的20%～60%的配比，将细粉和TiAl预合金粉末粗粉装入球磨罐中混合，其中不锈钢钢球直径为15mm；钢球和粉末的质量比为1：0.5～3，球磨速度100r/min～300r/min，球磨时间为10min～60min；得到混合粉末；（3）将步骤（2）得到的混合粉末置入模具中，在真空热压炉中烧结，真空度为10-4Pa～20Pa条件下，加热至300℃～600℃，采用的热压压力为10MPa～30MPa，加压时间为5min～60min，加压形成坯体；将真空热压炉继续升温至1100℃～1350℃，采用的热压压力为20MPa～50MPa，保温保压0.5h～4h，关掉电源，热压件冷却至100℃～300℃，将热压件从真空热压炉中取出，自然冷却至室温，去模具，得到具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金。本专利技术提供一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金可用于制造发动机部件、框架、飞机转子、涡轮机叶片及汽车排气阀等部件，是替代镍基高温合金的理想轻质结构材料之一。有益效果：本专利技术提供一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金及制法，制备的具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金是通过高能球磨结合热压烧结技术得到的，实现了双峰TiAl合金的有效、可控制备。其特点是高温力学强度较高，抗氧化性能较好，具有良好组织结构的TiAl基合金。且本专利技术制备的具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金具有微细晶粒γ+α2/γ双态组织和粗晶粒单相γ组织，在950℃，应变速率为2×10-4s-1时压缩强度为可达到达到300Mpa～350Mpa。本专利技术提供一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金可用于制造发动机部件、框架、飞机转子、涡轮机叶片及汽车排气阀等部件，是替代镍基高温合金的理想轻质结构材料之一。附图说明图1是实施例3的TiAl预合金粉末的扫描电镜形貌图。图2是实施例3的TiAl预合金粉末球磨后的扫描电镜形貌图。图3是实施例3的得到的TiAl合金的扫描电镜形貌图。具体实施方式实施例是本专利技术的典型例子，用于本领域科研技术人员理解本专利技术，但本专利技术并不局限于这些实施实例。实施例1一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金及制法，步骤和条件如下：（1）取TiAl预合金粉末，TiAl预合金粉末粒度在30μm～150μm之间，其组分和重量百分比如下：Ti67.8%；Al32%；Nb0.1%；Cr0.1%，在球磨罐中加入不锈钢钢球，将TiAl预合金粉末装入球磨罐中；钢球和粉末质量比为20：1，小不锈钢钢球直径为10mm,大不锈钢钢球直径为15mm；小不锈钢球和大不锈钢钢球数量比为3：1；速度600r/min，时间为30h；球磨后得到的细粉粒度在0.1μm～3μm之间；（2）在球磨罐中加入不锈钢钢球，按比例将细粉和预合金粉末粗粉装入球磨罐中混合；其中细粉质量占细粉和粗粉总质量的60%，不锈钢钢球直径为15mm；钢球和粉末的质量比为1：3；速度300r/min，时间为10min。（3）将步骤二得到的混合粉末置入模具中，在真空热压炉中烧结，真空度为20Pa条件下，加热至600℃，采用的热压压力为30MPa，时间为5min，加压形成坯体；将真空热压炉继续升温至1350℃，采用的热压压力为30MPa，保温保压0.5h，关掉电源，热压件冷却至300℃，将热压件从真空热压炉中取出，自然冷却至室温，去模具，得到具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金。一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金可用于制造发动机部件、框架本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金，其特征在于，其组分和重量百分比如下：Ti 49.7% ～ 67.8%；Al28.5% ～ 38.2%；Nb0.1% ～ 12%；Cr0.1% ～ 6.7%。

【技术特征摘要】
1.一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金，其特征在于，其组分和重量百分比如下：Ti49.7%～67.8%；Al28.5%～38.2%；Nb0.1%～12%；Cr0.1%～6.7%。2.如权利要求1所述的一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金的制备方法，其特征在于步骤和条件如下：（1）取TiAl预合金粉末，组分和重量百分比如下：Ti49.7%～67.8%；Al28.5%～38.2%；Nb0.1%～12%；Cr0.1%～6.7%，粒度在30μm～150μm之间；在球磨罐中加入不锈钢钢球，将TiAl预合金粉末装入球磨罐中球磨；钢球和粉末质量比为5～20：1，小不锈钢钢球直径为10mm,大不锈钢钢球直径为15mm；小不锈钢球和大不锈钢钢球数量比为1～3：1，球磨速度400r/min～600r/min，球磨时间为20h～30h；球磨后得到粒度在0.1μm～6μm之间的细粉；（2）在球磨罐中加入不锈钢钢球，按步骤（1）得到的细粉的质量占细粉和TiAl预合金粉末总质量的20%～60%的配比，将细粉和TiAl预合金粉末粗粉装入球磨罐中混合，其中不锈钢钢球直径为15mm；钢球和粉末的质量比为1：0.5～3，球磨速度100r/min～300r/min，球磨时间为10min～60min；得到混合粉末；（3）将步骤（2）得到的混合粉末置入模具中，在真空热压炉中烧结，真空度为10-4Pa～20Pa条件下，加热至300℃～600℃，采用的热压压力为10MPa～30MPa，加压时间为5min～60min，加压形成坯体；将真空热压炉继续升温至1100℃～1350℃，采用的热压压力为20MPa～50MPa，保温保压0.5h～4h，关掉电源，热压件冷却至100℃～300℃，将热压件从真空热压炉中取出，自然冷却至室温，去模具，得到具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金。3.如权利要求1所述的一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金的制备方法，其特征在于步骤和条件如下：（1）取TiAl预合金粉末，TiAl预合金粉末粒度在30μm～150μm之间，其组分和重量百分比如下：Ti67.8%；Al32%；Nb0.1%；Cr0.1%，在球磨罐中加入不锈钢钢球，将TiAl预合金粉末装入球磨罐中；钢球和粉末质量比为20：1，小不锈钢钢球直径为10mm,大不锈钢钢球直径为15mm；小不锈钢球和大不锈钢钢球数量比为3：1；速度600r/min，时间为30h；球磨后得到的细粉粒度在0.1μm～3μm之间；（2）在球磨罐中加入不锈钢钢球，按比例将细粉和预合金粉末粗粉装入球磨罐中混合；其中细粉质量占细粉和粗粉总质量的60%，不锈钢钢球直径为15mm；钢球和粉末的质量比为1：3；速度300r/min，时间为10min；（3）将步骤二得到的混合粉末置入模具中，在真空热压炉中烧结，真空度为20Pa条件下，加热至600℃，采用的热压压力为30MPa，时间为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩英，闫顺，张统，陈华，冉旭，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22