一种真空离心TiAl金属间化合物板材的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种真空离心TiAl金属间化合物板材的制备方法，包括如下步骤：S1、熔炼：将纯Ti，纯Al熔炼为TiAl合金熔体；S2、离心铸造：将TiAl合金熔体浇入离心铸造设备的铸型模具中，合金熔体在离心力的作用下约束成形，得到TiAl合金铸管坯；S3、切割：将TiAl合金铸管坯进行切割，得到TiAl合金坯料；S4、压制成型：将TiAl合金坯料进行压制和表面处理，得到TiAl合金板坯。本发明专利技术通过采用真空离心铸造的方法，使得液态TiAl合金熔体能够直接快速冷凝形成管坯，然后通过压制成形有效控制组织和尺寸，制备出可直接使用或适合热变形加工的TiAl合金板坯，实现低成本、短流程、大规格制造，拓宽了TiAl合金板材的工业应用。了TiAl合金板材的工业应用。了TiAl合金板材的工业应用。

【技术实现步骤摘要】
一种真空离心TiAl金属间化合物板材的制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料加工和板材制造
，具体涉及一种真空离心TiAl金属间化合物板材的制备方法。

技术介绍

[0002]TiAl合金是一种有望替代部分Ni基高温合金的新型轻质高温结构材料，其因具有优异的性能，包括低密度、高比强度和高比模量、良好的的高温抗氧化和抗蠕变性能，而备受业界关注。TiAl合金可用于发动机用高压涡轮叶片、压缩机叶片、热防护板、排气阀和喷嘴等部件，在航空、航天以及汽车发动机等领域具有广泛的应用前景。其中TiAl合金板材/带材成为该种材料工业化、实用化过程中最为急需的材料。然而，TiAl合金室温塑性低，高温变形能力差，传统加工工艺难度大，严重制约低成本、高质量TiAl合金板材的制备。截至目前，TiAl合金板材制备技术中存在的问题仍没有得到良好的解决。
[0003]现有技术中，TiAl合金板材的制备方法主要包括铸锭冶金工艺(PM)和粉末冶金工艺(IM)。粉末冶金工艺能获得组织均匀细小、化学成分均匀的合金板材，但其设备价格昂贵、工艺复杂、成本较高，同时可能存在氧、氢和夹杂的孔隙缺陷，反而对组织和性能造成不利影响。而传统的铸锭冶金工艺中，为消除铸造TiAl合金存在的显微组织粗大、成分偏析、加工性能差等问题，需通过后续多道次的锻造、轧制等冷热加工的方法来改善合金的组织和性能，加工周期长，材料利用率低，难以制备大尺寸的板材。
[0004]此外，由于TiAl合金在熔融状态下流动性较差，凝固收缩量较大，铸件易产生缩孔缩松和裂纹等缺陷，同时在高温下化学性质活泼，易与其它物质发生化学反应，从而在实际工业生产中成品率低、成本较高，难以实现规模化应用。而真空离心铸造工艺是实现金属近净成形的有效方法之一，通过离心力的作用，在充型过程中实现补缩，直接生产出高质量的铸管件。
[0005]因此，亟需一种快速成形出高性能的TiAl合金板材的制备方法。

技术实现思路

[0006](一)要解决的技术问题
[0007]为了克服现有技术的不足，解决现有技术中的TiAl合金室温塑性低，高温变形能力差，传统加工工艺难度大的问题，本专利技术提供了一种真空离心TiAl金属间化合物管材/板材的制备方法。
[0008](二)技术方案
[0009]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0010]一种真空离心TiAl金属间化合物板材的制备方法，包括如下步骤：
[0011]S1、熔炼：将纯Ti，纯Al与金属Nb、金属Mo在真空环境或氩气保护条件下熔炼，制备TiAl合金熔体；
[0012]S2、真空离心铸造：将步骤S1熔炼得到的TiAl合金熔体浇入处于真空环境以及氩
气保护条件下的离心铸造设备的铸型模具中，TiAl合金熔体在离心力的作用下约束成形，经过快速冷却、凝固脱模后得到中空的TiAl合金铸管坯；
[0013]S3、切割：将步骤S2得到的TiAl合金铸管坯沿着铸管坯方向进行切割，得到具有一定弯曲弧面的TiAl合金坯料；
[0014]S4、压制成型：将步骤S3得到的TiAl合金坯料进行压制和表面处理，得到一定厚度的TiAl合金板坯。
[0015]如上所述的制备方法，优选地，所述步骤S1中，TiAl合金在石墨坩埚或者氧化钙坩埚进行熔炼。
[0016]如上所述的制备方法，优选地，步骤S1之前，还包括对铸型模具进行预热，预热温度为400-600℃。
[0017]如上所述的制备方法，优选地，所述步骤S2中，离心铸造设备为真空及氩气保护下的立式离心铸造设备。
[0018]如上所述的制备方法，优选地，所述步骤S2中，铸型模具为不锈钢模具，所述不锈钢模具的内表面涂覆氮化硼涂层。
[0019]如上所述的制备方法，优选地，所述步骤S2中，合金熔体浇注温度为1550～1600℃。
[0020]如上所述的制备方法，优选地，所述步骤S2中，离心转速为900～1200r/min。
[0021]如上所述的制备方法，优选地，在步骤S3之后，步骤S4之前，对具有一定弯曲弧面的TiAl合金坯料进行软包套处理，具体为：采用保温石棉包覆TiAl合金坯料，然后在加热温度为800～1000℃下进行压制处理。
[0022](三)有益效果
[0023]本专利技术的有益效果是：对传统铸锭冶金工艺进行改进，经过真空熔炼、真空离心铸造、刨分切割、压制成形等工序，相比现有技术的复杂制备工艺，大大缩短了工艺流程，节省制造成本。另外，本专利技术采用真空离心铸造工艺，在离心力的作用下，合金熔体能够在充型过程中实现补缩，铸件组织较致密，缩松缩孔等缺陷较少，并且可以实现半连续铸造，铸管长度不受模具限制。由于离心铸管管壁较薄，因此金熔体的凝固时间短，速度快，缩松缩孔缺陷少，同时防止发生裂纹缺陷，可以实现TiAl合金的近净成形，直接生产出高质量的铸管件，为后续工艺提供优质坯料。此外真空环境可以有效减少合金元素的氧化和损耗，避免浪费。
[0024]本专利技术利用快速冷却作用以及适当压制变形，能够有效控制组织尺寸，实现可直接使用或二次热变形加工的大规格、高质量TiAl宽幅板坯，缩短工艺流程，拓宽TiAl合金板材的工业应用。
[0025]本专利技术通过真空熔炼、真空离心铸造、刨分切割、压制成形等工序，制备得到的TiAl合金板材的致密度远高于传统整体板坯或连铸坯制成的板材，晶粒更加细小，组织性能更加均匀，不存在明显的宏观偏析。同时合金材料的利用率提高，成品率高，可实现低成本、高性能TiAl合金板材制备。
附图说明
[0026]图1是本专利技术的工艺流程图；
[0027]图1a表示本专利技术中步骤S1以及步骤S2对合金进行真空熔炼和离心铸造；
[0028]图1b表示本专利技术中步骤S2离心铸造后得到中空铸管材；
[0029]图1c表示本专利技术中对步骤S2得到的中空管材进行刨分切割；
[0030]图1d表示本专利技术中对切割后的管材进行软包套处理；
[0031]图1e表示本专利技术中对切割后的管材进行初期压制成形；
[0032]图1f表示本专利技术中对切割后的管材进行后期压制成形；
[0033]图2为实施例1中制备得到的真空离心铸管坯的实物图；
[0034]图3是实施例1中制备得到的TiAl合金板材的显微组织。
[0035]【附图标记说明】
[0036]A：浇口；B：浇包；C：金属型；D：旋转轴承；E：保温石棉包套。
具体实施例
[0037]为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。
[0038]如图1所示，本实施例提供一种真空离心TiAl金属间化合物板材的制备方法，包括如下步骤：
[0039]S1、熔炼：将纯Ti，纯Al以及其他合金在真空环境或氩气保护条件下熔炼，制备TiAl合金熔体。真空环境或氩气保护条件下进行合金熔炼，能够有效减少合金元素的氧化和损耗，避免浪费。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空离心TiAl金属间化合物板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、熔炼：将纯Ti，纯Al与金属Nb、金属Mo在真空环境或氩气保护条件下熔炼，制备TiAl合金熔体；S2、真空离心铸造：将步骤S1熔炼得到的TiAl合金熔体浇入处于真空环境以及氩气保护条件下的离心铸造设备的铸型模具中，TiAl合金熔体在离心力的作用下约束成形，经过快速冷却、凝固脱模后得到中空的TiAl合金铸管坯；S3、切割：将步骤S2得到的TiAl合金铸管坯沿着铸管坯方向进行切割，得到具有一定弯曲弧面的TiAl合金坯料；S4、压制成型：将步骤S3得到的TiAl合金坯料进行压制和表面处理，得到一定厚度的TiAl合金板坯。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，TiAl合金在石墨坩埚或者氧化钙坩埚进行熔炼。3.根据权利要求1所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国怀，王秀琦，郭瑞琪，徐莽，王丙兴，田勇，王昭东，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：