一种采用热等静压制备高性能制造技术

本发明专利技术公开了一种采用热等静压制备高性能

【技术实现步骤摘要】
一种采用热等静压制备高性能TC11钛合金结构件的方法


[0001]本专利技术属于粉末冶金
，具体涉及一种采用热等静压制备高性能
TC11
钛合金结构件的方法
。

技术介绍

[0002]TC11
钛合金是一种综合性能优异的
(
α
+
β
)
型双相钛合金，名义成分为
Ti
‑
6.5Al
‑
3.5Mo
‑
1.5Zr0.3Si
，属于高铝当量马氏体型合金
。
该合金具有耐热性和低温性能好
、
比强度高
、
耐腐蚀性强等优点外，同时还具有良好的力学性能，因此被广泛应用于航空航天
、
能源和国防等尖端领域，例如用于制造航空发动机的气压机盘以及叶片等结构件
。
[0003]目前，制备上述结构件通常采用以下三种加工方式：一是锻造加工，缺点是由于航空发动机结构件复杂的特殊性，采用锻造加工需要后续复杂的机加工，这大大延长了成品的加工周期；二是
3D
打印技术制备，虽然该技术可以直接成型复杂的结构件，但是由于快速冷却产生的缺陷使得最终产品性能往往难以保证；三是粉末冶金热等静压技术制备，该技术是先将金属球形粉末装入特定形状的密闭包套中，再施加一定的温度和压力通过粉末的连结塑性变形以及边界扩散直接成型，其最终产品的性能堪比锻件，并且通过不同形状的包套设计可以直接加工出近终型的制件
(
结构件
)
，大大缩短后期的加工周期，因此该技术逐渐成为主流发展方向
。
[0004]其中，粉末冶金热等静压技术所使用的金属粉末粒度范围较宽时流动性高，但往往在振动装粉时会出现“粉末偏析”现象，使得装入包套中的粉末出现底部粉末偏细，而上部粉末较粗
。
这就会造成在热等静压中上下不同位置的变形不同或者因结构件中出现未压实的孔洞缺陷
。
并且相对宽粒度的粉末由于单个粉末的冷却速度差异较大，因此粉末之间的元素成分以及微观组织形态上差异较大，极大程度上影响了热等静压制件的组织的均匀性和致密性
。
[0005]另外，对于热等静压制度，现有技术往往采用的是同步升温升压的方式进行，即温度和压力都是从包套壁由外向内进行传递，这就极易出现靠近包套边部的金属粉末之间率先发生连接塑性变形和扩散，从而对包套中部的金属粉末造成压力以及温度的屏蔽效应，使得最终制件的边部和中心的致密化程度不一致
。
同时，对于热等静压态制件往往参考锻件热处理标准进行，但是由于热等静压态和锻造态组织存在一定的差异，使用锻件热处理标注往往无法最大程度的优化热等静压态结构件，从而不利于最终
TC11
钛合金结构件的力学性能
。
[0006]有鉴于此，本专利技术人提出一种采用热等静压制备高性能
TC11
钛合金结构件的方法，以克服现有技术的缺陷
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种采用热等静压制备高性能
TC11
钛合金结构件的方法，该制备方法通过选取合适段的
TC11
钛合金粉末，并通过改变热
等静压以及热处理制度，解决了现有粉末冶金热等静压技术在制备结构件时存在的粉末偏析
、
组织不均匀
、
不致密以及力学性能差的问题
。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案来解决的：
[0009]所述
TC11
钛合金结构件的原料为
TC11
钛合金粉末，所述
TC11
钛合金粉末化学成分以质量百分数计，包括：
Al
：
6.6wt
％～
6.8wt
％，
Mo
：
3.45wt
％～
3.55wt
％，
Zr
：
1.65wt
％～
1.75wt
％，
Si
：
0.24wt
％～
0.28wt
％，
O
：
≤0.10wt
％，
H
：
≤0.0008wt
％，
C
：
≤0.011wt
％，
N
：
≤0.004wt
％，
Fe
：
≤0.05wt
％，其余为钛和不可避免的杂质元素，其特征在于，具体包括以下步骤：
[0010]步骤一
、
先采用等离子旋转电极法制备
TC11
钛合金粉末，再对所制备的
TC11
钛合金粉末进行筛分，并选取设定粒度段的
TC11
钛合金粉末混合后作为原料；
[0011]步骤二
、
根据待加工结构件的规格制作相应的包套，然后在振动平台上将步骤一选取的
TC11
钛合金粉末装入包套中，并对装好
TC11
钛合金粉末的包套进行加热除气以及钳封焊接处理；
[0012]步骤三
、
对步骤二钳封焊接处理后的包套进行热等静压处理，热等静压处理时先升温后增压，待温度和压力均达到设定值时，保温一段时间后，最后以设定速率同步降温降压，获得带包套结构件；
[0013]步骤四
、
对步骤三得到的包套结构件机加工以去除包套，获得结构件；
[0014]步骤五
、
对步骤四得到的结构件进行热处理后，即得到目标产品
。
[0015]进一步地，所述步骤一中选取的
TC11
钛合金粉末原料的粒度为
53
μ
m
～
75
μ
m
；其中，所述
TC11
钛合金粉末原料粒径测量中经激光粒度分析仪测定后粒度范围及所占比例为：
D
10
:56.4
μ
m
；
D
50
:67.5
μ
m
；
D
90
:74.1
μ
m。
[0016]进一步地，所述步骤二中在
TC11
钛合金粉末装入包套的过程中采用高纯氩气进行保护，并将振动平台的振动频率设定为
35Hz
～
40Hz
，用于减少包套内
TC11
钛合金粉末之间的间隙
。
[0017]进一步地，所述步骤二中在对包套进行加热除气时，保温温度设为
400℃
～
440℃
，保温时间设为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种采用热等静压制备高性能
TC11
钛合金结构件的方法，所述
TC11
钛合金结构件的原料为
TC11
钛合金粉末，所述
TC11
钛合金粉末化学成分以质量百分数计，包括：
Al
：
6.6wt
％～
6.8wt
％，
Mo
：
3.45wt
％～
3.55wt
％，
Zr
：
1.65wt
％～
1.75wt
％，
Si
：
0.24wt
％～
0.28wt
％，
O
：
≤0.10wt
％，
H
：
≤0.0008wt
％，
C
：
≤0.011wt
％，
N
：
≤0.004wt
％，
Fe
：
≤0.05wt
％，其余为钛和不可避免的杂质元素，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一
、
先采用等离子旋转电极法制备
TC11
钛合金粉末，再对所制备的
TC11
钛合金粉末进行筛分，并选取设定粒度段的
TC11
钛合金粉末混合后作为原料；步骤二
、
根据待加工结构件的规格制作相应的包套，然后在振动平台上将步骤一选取的
TC11
钛合金粉末装入包套中，并对装好
TC11
钛合金粉末的包套进行加热除气以及钳封焊接处理；步骤三
、
对步骤二钳封焊接处理后的包套进行热等静压处理，热等静压处理时先升温后增压，待温度和压力均达到设定值时，保温一段时间后，最后以设定速率同步降温降压，获得带包套结构件；步骤四
、
对步骤三得到的包套结构件机加工以去除包套，获得结构件；步骤五
、
对步骤四得到的结构件进行热处理后，即得到目标产品
。2.
根据权利要求1所述的采用热等静压制备高性能
TC11
钛合金结构件的方法，其特征在于，所述步骤一中选取的
TC11
钛合金粉末原料的粒度为
53
μ
m
～
75
μ
m
；其中，所述
TC11
钛合金粉末原料经激光粒度分析仪测定后粒度范围及所占比例为：
D
10
:56.4
μ
m
；
D
50
:67.5
μ
m
；
D
90
:74.1
μ
m。3.
根据权利要求1所述的采用热...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鑫，李少强，罗成，李安，李柯涵，瞿宗宏，王庆相，赖运金，周晓明，赵霄昊，
申请(专利权)人：西安欧中材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：