基于Ti元素粉末和Al元素粉末制备TiAl金属间化合物零件的方法，它涉及一种制备TiAl金属间化合物零件的方法，属于金属零件精密锻造成形工艺技术领域。本发明专利技术的目的是通过采用基于Ti/Al元素粉末锻造与后续反应烧结的新工艺方法，解决传统等温锻造方法制备TiAl金属间化合物零件存在成形难度大、现有模具材料难以满足工艺要求、工艺成本高、能耗大的问题。方法：一、混粉；二、制备Ti/Al粉末预成型坯；三、Ti/Al粉末体低温精密模锻成型；四、Ti/Al粉末锻件反应烧结；五、高温复压矫形，即得到TiAl金属间化合物零件。本发明专利技术主要用于利用Ti元素粉末和Al元素粉末制备TiAl金属间化合物零件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种制备TiAl金属间化合物零件的方法，属于金属零件精密锻造成形工艺
技术介绍
随着航空航天、汽车制造等行业的迅猛发展，对轻质耐热金属结构材料的性能提出了越来越高的要求。在这种背景下，具有低密度、高比强度、高比模量以及优异的高温力学性能、抗氧化性能的TiAl金属间化合物材料成为近十几年来材料领域研究的重点，并有可能在一些领域成功取代传统的高温结构材料镍基高温合金。目前TiAl金属间化合物零件的成形方法主要有:(I)铸造；(2)塑性加工。采用铸造方法，虽然构件的成形相对容易，但铸造偏析、组织粗大以及疏松缩孔等缺陷，通常难以保证获得理想的力学性能和满足高温结构零件的设计要求。因此，重要用途的TiAl金属间化合物零件，必须采用塑性加工方法制造。但是，TiAl金属间化合物的晶体结构为LlO型有序晶体结构，对称性低、滑移系少，在1000°C以下具有又硬又脆的力学特性，塑性加工成形性很差。TiAl材料的锻造成形，通常需要在1200°C以上温度进行等温锻造才可以实现，不仅工艺成本极高，而且现有模具材料很难满足如此高温下等温锻造工艺要求。因此，开发高性能TiAl金属间化合物零件的低成本塑性成形有效途径，成为推动TiAl金属间化合物作为新一代轻质耐高温结构材料应用所亟待解决的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决采用传统加工方法制备TiAl金属间化合物零件存在操作复杂、能耗大和制备成本高的问题，提出一种。，具体是通过以下步骤实现的:一、混粉:首先将Ti元素粉末、Al元素粉末和R元素粉末混合均匀，得到混合粉末；步骤一中所述的混合粉末中Ti元素与Al元素的原子百分比为(0.85 1.25):1 ;步骤一中所述的混合粉末中R元素的原子百分含量总量小于10% ；二、Ti/Al粉末预成型坯的制备:在压应力为800MPa IOOOMPa下对步骤一得到的混合粉末进行压制成型，得到Ti/Al粉末预成型坯；三、Ti/Al粉末体低温精密模锻成型:在压应力为IOOOMPa 1200MPa和温度为20°C 500°C条件下对步骤二得到的Ti/Al粉末预成型坯进行精密模锻成型，得到Ti/Al粉末锻件；四、Ti/Al粉末锻件反应烧结:在温度为1100°C 1250°C下对步骤三得到的Ti/Al粉末锻件进行烧结处理，得到TiAl金属间化合物组织粗零件；五、高温复压矫形:首先将按步骤四得到的TiAl金属间化合物组织粗零件加热到1100°C 1250°C，然后放入矫形模腔内在压应力为300MPa 500MPa下进行高温复压矫形，即得到TiAl金属间化合物零件。本专利技术优点:一、本专利技术所采用的“混粉一Ti/Al粉末预成型坯制备一Ti/Al粉末低温精密模锻成型一反应烧结一高温复压矫形”工艺路线所涉及的各个工艺步骤过程，均可在通用设备上完成，即本专利技术提出的工艺方法实施过程无需采用特殊的工艺设备，与高温等温锻造或热等静压等工艺条件苛刻的工艺相比，易于推广和应用；二、与传统的等温锻造成形工艺相比，本专利技术采用Ti/Al粉末坯进行低温锻造成形后再通过反应烧结生成TiAl金属间化合物组织的工艺，不仅复杂零件易于成形，而且大大降低了对模具与设备的工艺要求，可极大地降低模具的损耗，延长模具的使用寿命，降低生产成本；三、本专利技术采用的工艺属于金属材料近净成形工艺，能够节省材料，提高材料利用率，从而进一步降低生产成本；四、本专利技术采用的工艺是通过元素粉末配比来实现材料的成分控制，该方法易于实现材料成分的调整与控制，易于添加各种合金元素；五、采用本专利技术制备的TiAl金属间化合物零件力学性能指标达到目前同类合金成分材料锻件的最好水平。附图说明图1为具体实施方式一的加工流程示意图；图2是试验一步骤三得到的Ti/Al粉末锻件的微观组织图；图3是试验一得到的TiAl金属间化合物零件组织图片。具体实施例方式具体实施方式一:本实施方式是基于Ti兀素粉末和Al兀素粉末制备TiAl金属间化合物零件的方法，具体是通过以下步骤实现的:一、混粉:首先将Ti元素粉末、Al元素粉末和R元素粉末混合均匀，得到混合粉末；步骤一中所述的混合粉末中Ti元素与Al元素的原子百分比为(0.85 1.25):1 ;步骤一中所述的混合粉末中R元素的原子百分含量总量小于10% ；二、Ti/Al粉末预成型坯的制备:在压应力为800MPa IOOOMPa下对步骤一得到的混合粉末进行压制成型，得到Ti/Al粉末预成型坯；三、Ti/Al粉末体低温精密模锻成型:在压应力为IOOOMPa 1200MPa和温度为20°C 500°C条件下对步骤二得到的Ti/Al粉末预成型坯进行精密模锻成型，得到Ti/Al粉末锻件；四、Ti/Al粉末锻件反应烧结:在温度为1100°C 1250°C下对步骤三得到的Ti/Al粉末锻件进行烧结处理，得到TiAl金属间化合物组织粗零件；五、高温复压矫形:首先将按步骤四得到的TiAl金属间化合物组织粗零件加热到1100°C 1250°C，然后放入矫形模腔内在压应力为300MPa 500MPa下进行高温复压矫形，即得到TiAl金属间化合物零件。原理:本实施方式利用Ti/Al复合粉末的良好塑性加工特性，首先采用粉末低温精密模锻方法获得Ti/Al复合粉体复杂锻件，再通过高温反应烧结将锻件组织转变为TiAl金属间化合物，从而实现TiAl金属间化合物零件的近净成形，突破采用传统加工成形方法，解决传统加工方法制备TiAl金属间化合物零件存在操作复杂、能耗大和制备成本高的问题。本实施方式的加工流程示意图如图1所示，图1为具体实施方式一的加工流程示意图，图1中的A表示本实施方式步骤一混粉过程，图1中的B表示本实施方式步骤二压制成型前的状态，图1中的C表示本实施方式步骤二压制成型后的状态，图1中的D表示本实施方式步骤三低温精密模锻成型前的状态，图1中的E表示本实施方式步骤三低温精密模锻成型后的状态，图1中的F表示本实施方式步骤四烧结处理过程，图1中的G表示经本实施方式步骤四烧结处理后得到的TiAl金属间化合物组织粗零件，图1中的H表示经本实施方式步骤五高温复压矫形过程，图1中的I表示经本实施方式步骤五高温复压矫形后得到的TiAl金属间化合物零件，图1中的a表示Ti元素粉末，图1中的b表示Al元素粉末，图1中的c表示R元素粉末。具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一的不同点是:步骤一中所述的R元素粉末为Ti元素粉末、Al元素粉末、Nb元素粉末、Cr元素粉末、W元素粉末、Mo元素粉末、Ta元素粉末、Zr元素粉末、Y元素粉末、Si元素粉末和B元素粉末的一种或其中几种混合物。其他与具体实施方式一相同。本实施方式所述的R元素粉末为混合物时，混合物中各个组份按任意比混合。具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是:步骤一中的采用混粉机对Ti元素粉末、Al元素粉末和R元素粉末进行混合。其他与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是:步骤一中的采用球磨机对Ti元素粉末、Al元素粉末和R元素粉末进行混合。其他与具体实施方式一至三同。本实施方式在球磨过程中通过控制球磨参数(即球料比为20: 1、转速为300转每分钟、球磨时间小于5小时、添加过程控制剂)，本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于Ti元素粉末和Al元素粉末制备TiAl金属间化合物零件的方法，其特征在于基于Ti元素粉末和Al元素粉末制备TiAl金属间化合物零件的方法是通过以下步骤实现的：一、混粉：首先将Ti元素粉末、Al元素粉末和R元素粉末混合均匀，得到混合粉末；步骤一中所述的混合粉末中Ti元素与Al元素的原子百分比为(0.85～1.25):1；步骤一中所述的混合粉末中R元素的原子百分含量小于10%；二、Ti/Al粉末预成型坯的制备：在压应力为800MPa～1000MPa下对步骤一得到的混合粉末进行压制成型，得到Ti/Al粉末预成型坯；三、Ti/Al粉末体低温精密模锻成型：在压应力为1000MPa～1200MPa和温度为20℃～500℃条件下对步骤二得到的Ti/Al粉末预成型坯进行精密模锻成型，得到Ti/Al粉末锻件；四、Ti/Al粉末锻件反应烧结：在温度为1100℃～1250℃下对步骤三得到的Ti/Al粉末锻件进行烧结处理，得到TiAl金属间化合物组织粗零件；五、高温复压矫形：首先将按步骤四得到的TiAl金属间化合物组织粗零件加热到1100℃～1250℃，然后放入矫形模腔内在压应力为300MPa～500MPa下进行高温复压矫形，即得到TiAl金属间化合物零件。...
【技术特征摘要】
1.基于Ti元素粉末和Al元素粉末制备TiAl金属间化合物零件的方法，其特征在于基于Ti元素粉末和Al元素粉末制备TiAl金属间化合物零件的方法是通过以下步骤实现的: 一、混粉:首先将Ti元素粉末、Al元素粉末和R元素粉末混合均匀，得到混合粉末；步骤一中所述的混合粉末中Ti元素与Al元素的原子百分比为(0.85 1.25):1 ;步骤一中所述的混合粉末中R元素的原子百分含量小于10% ； 二、Ti/Al粉末预成型坯的制备:在压应力为800MPa IOOOMPa下对步骤一得到的混合粉末进行压制成型，得到Ti/Al粉末预成型坯； 三、Ti/Al粉末体低温精密模锻成型:在压应力为IOOOMPa 1200MPa和温度为20°C 500°C条件下对步骤二得到的Ti/Al粉末预成型坯进行精密模锻成型，得到Ti/Al粉末锻件； 四、Ti/Al粉末锻件反应烧结:在温度为1100°C 1250°C下对步骤三得到的Ti/Al粉末锻件进行烧结处理，得到TiAl金属间化合物组织粗零件； 五、高温复压矫形:首先将按步骤四得到的TiAl金属间化合物组织粗零件加热到1100°C 1250°C，然后放入矫形模腔内在压应力为300MPa 500MPa下进行高温复压矫形，即得到TiAl金属间化合物零件。2.根据权利要求1所述的基于Ti元素粉末和Al元素粉末制备TiAl金属间化合物零件的方法，其特征在于步骤一中所述的R元素粉末为Ti元素粉末、Al元素粉末、Nb元素粉末、Cr元素粉末、W元素粉...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡连喜，王欣，邓太庆，孙宇，刘祖岩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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