细晶Ti-48Al-2Cr-8Nb钛铝合金的放电等离子烧结制备方法技术

本发明专利技术公开了一种细晶Ti‑48Al‑2Cr‑8Nb钛铝合金的放电等离子烧结制备方法。其步骤为：筛取粒径100‑150目的气雾化Ti‑48Al‑2Cr‑8Nb预合金粉末；将过筛的粉料直接倒入模具中，进行预压；将预压好的TiAl合金素坯进行两次放电等离子烧结，获得细晶近γ相结构的Ti‑48Al‑2Cr‑8Nb钛铝合金。本发明专利技术通过采用两次放电等离子烧结细化近γ相结构（NG）TiAl合金晶粒尺寸，并提高其力学性能，对比一次烧结，二次烧结后平均晶粒尺寸减少降低49.5%，室温压缩强度提升了11%，应变率提升了6%。

Preparation of fine-grained ti-48al-2cr-8nb titanium aluminum alloy by spark plasma sintering

【技术实现步骤摘要】
细晶Ti-48Al-2Cr-8Nb钛铝合金的放电等离子烧结制备方法
本专利技术属于放电等离子烧结材料
，涉及一种细晶Ti-48Al-2Cr-8Nb钛铝合金的等离子烧结制备方法。
技术介绍
TiAl合金因其具有较低的密度、良好的高温强度和抗蠕变以及抗氧化性，成为目前代替镍基高温合金制造航空发动机热端零部件的理想材料。然而，钛铝合金的室温塑性较低，严重的限制了其实际应用。目前提高TiAl合金塑性的方法主要有细化晶粒尺寸、控制显微组织结构和实现合金化等。传统制备TiAl合金的方法有铸锭冶金（IM）和粉末冶金(PM)法。对比于铸锭冶金工艺的宏观偏析、晶粒粗大和疏松等缺点，粉末冶金法可以制备出相分布均匀且晶粒尺寸较小的TiAl合金。但是，粉末冶金工艺的模具费用要高出铸造模具，在一定程度上增加了制造的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过放电等离子多次烧结制备细晶近γ相结构（NG）钛铝合金的方法。该方法采用气雾化Ti-48Al-2Cr-8Nb预合金粉末，优化烧结工艺，在提高材料致密度的同时，提高材料的综合力学性能。实现上述目的的技术方案如下：SPS制备细晶钛铝合金的工艺方法，包括如下步骤：步骤1，筛取粒径100-150目的气雾化Ti-48Al-2Cr-8Nb预合金粉末；步骤2，将过筛的粉料直接倒入模具中，进行预压；步骤3，将预压好的TiAl合金素坯进行两次放电等离子烧结，获得细晶近γ相结构（NG）。优选地，步骤3中，第一次等离子烧结是以90-150℃的升温速率升温到1300±50℃，烧结压力为30-70MPa，保温时间5-10分钟，然后保压炉冷至室温（25℃）。优选地，步骤3中，第二次等离子烧结是以90-150℃的升温速率升温到1250±25℃，烧结压力为30-70MPa，保温时间3-5分钟，然后保压炉冷至室温（25℃）。与现有的技术相比，本专利技术具有以下优点：采用放电等离子两次重复烧结得到的材料晶粒尺寸为7-10μm，致密度可达99.5%，其室温抗压强度2537MPa，应变率为37.62%，硬度为293.9HV20。附图说明图1为实施例1中放电等离子一次烧结（1300℃）得到的烧结体表面腐蚀后的光镜图。图2为实施例2中放电等离子两次烧结（1300℃+1275℃）得到的烧结体表面腐蚀后的光镜图。图3为实施例1中放电等离子一次烧结（1300℃）得到的烧结体应力应变图。图4为实施例2中放电等离子两次烧结（1300℃+1275℃）得到的烧结体应力应变图。具体实施方式下面结合实例和附图对本专利技术做进一步详细说明。下面实施例中涉及的气雾化Ti-48Al-2Cr-8Nb预合金粉末的制备步骤为：首先，采用真空悬浮熔炼法制备Ti-48Al-2Cr-8Nb合金液，按照合金成分配比，称取原料钛、铌、铬和铝（纯度大于99.9%）。其次，将熔炼好的合金液浇铸到铸铁模具中形成φ40×400mm的合金棒。最终，通过电极感应熔炼气雾化（EIGA）法将Ti-48Al-2Cr-8Nb合金棒雾化成Ti-48Al-2Cr-8Nb预合金粉末。实施例1将过100目筛的气雾化Ti-48Al-2Cr-8Nb预合金粉末称重并直接加入到石墨模具中，在10MPa压力下保压3分钟；将预压过的压坯放入保温装置并置于放电等离子烧结炉中进行放电等离子一次烧结，将炉腔内抽成真空状态，压强至6pa，施加压力为30MPa；以100℃/min的升温速率将试样加热至1300℃，保温5分钟，然后保压炉冷至室温（25℃）取出。经测试得，材料的晶粒尺寸为13-20μm，致密度可达99.3%，其室温抗压强度2286MPa，应变率为35.47%，硬度为290HV20。实施例2将过100目筛的气雾化Ti-48Al-2Cr-8Nb预合金粉末称重并直接加入到石墨模具中，在10MPa压力下保压3分钟；将预压过的压坯放入保温装置并置于放电等离子烧结炉中，将炉腔内抽成真空状态，压强至6pa，施加压力为30MPa；以100℃/min的升温速率将试样加热至1300℃，保温5分钟，然后保压炉冷至室温（25℃）后，再次烧结素坯，以100℃/min的升温速率将试样加热至1275℃，保温3分钟，然后保压炉冷至室温取出。经测试得，材料的晶粒尺寸为7-10μm，致密度可达99.5%，其室温抗压强度2537MPa，应变率为37.62%，硬度为293HV20。由图1和图2可以看出，两次烧结后，试样的晶粒尺寸有了明显的减小。并结合图3和图4中的室温压缩应力应变曲线可以证明，晶粒细化后的材料的室温抗压强度和塑性有了明显的提升，进而说明SPS烧结加后处理工艺可以通过细化晶粒尺寸提高Ti-48Al-2Cr-8Nb合金的力学性能。Ti-48Al-2Cr-8Nb材料在烧结过程中随着温度的升高，试样会产生相变过程。烧结温度为1200℃时，试样位于γ相区，当烧结温度升高到1300℃时，试样进入α＋γ双相区，材料产生相变过程。值得注意的是，发现相变过程会使得晶粒尺寸显著减小。基于此原理，设计出通过多次烧结制备细晶钛铝合金的方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种细晶Ti-48Al-2Cr-8Nb钛铝合金的放电等离子烧结制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，筛取粒径100-150目的气雾化Ti-48Al-2Cr-8Nb预合金粉末；/n步骤2，将过筛的粉料直接倒入模具中，进行预压；/n步骤3，将预压好的TiAl合金素坯进行两次放电等离子烧结，获得细晶近γ相结构的Ti-48Al-2Cr-8Nb钛铝合金。/n

【技术特征摘要】
1.一种细晶Ti-48Al-2Cr-8Nb钛铝合金的放电等离子烧结制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，筛取粒径100-150目的气雾化Ti-48Al-2Cr-8Nb预合金粉末；
步骤2，将过筛的粉料直接倒入模具中，进行预压；
步骤3，将预压好的TiAl合金素坯进行两次放电等离子烧结，获得细晶近γ相结构的Ti-48Al-2Cr-8Nb钛铝合金。


2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪振华，孙浩轩，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32