一种放电等离子烧结及包套热轧制备TiAl/Ti合金层状复合板材的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制备TiAl/Ti合金层状复合板材的方法。
【背景技术】
[0002]钛铝合金具有低密度，高的比强度和比模量，良好的高温抗氧化和抗蠕变性能，以及优异的高温强度等突出特点，在航空航天以及汽车工业领域具有广泛的应用前景。钛铝合金的的铸件和锻件主要应用于航空航天发动机的机匣和叶片等部件，钛铝合金的板材除了可在航空和军事领域大量地直接用作结构材料外，还可以用作超速性成型的预成形材料，还制备航空和航天发动机的零部件。然而，由于钛铝合金具有本征脆性，制备出钛铝合金塑形和韧性较差，限制了钛铝合金的实际应用。
[0003]本发明引入钛合金作为增韧相，减小两者热应力，提高材料整体的断裂韧性，有利于二者的协调变形，有利于形成强界面复合等。可更容易地制备出大尺寸，断裂韧性好的层状复合板材。
[0004]放电等离子烧结法制备的TiAl合金板坯致密度高、组织细小、成分均匀、性能优异，变形能力良好，利于后续的TiAl合金板材的成形，进而可在相对较低的温度和较高的应变塑速率下进行TiAl/Ti合金层状复合板材的乳制，板材性能良好，不宜开裂。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决板材乳制过程中材料容易开裂、强度不高、室温塑性低的问题，而提供一种放电等离子烧结及包套热乳制备TiAl/Ti合金层状复合板材的方法是按以下步骤完成的:
[0006]一、原材料准备:称取粒径为0.5μπι?250 μπι的名义化学成分为T1-(40?44.5)Al-(0.5?10) X-(0.1?2) Z (at % )的TiAl预合金粉末；准备纯钛板或钛合金板；
[0007]步骤一中所述的T1-(40 ?44.5) Al-(0.5 ?10) X-(0.1 ?2) Z (at % )中 X 为 beta相稳定元素，Z为微合金化元素；
[0008]步骤一中所述的名义化学成分为T1-(40?44.5)Α1-(0.5?10)Χ_(0.I?2)Z(at%)的TiAl预合金粉末是通过惰性气体雾化技术或等离子旋转电极雾化技术制备的；
[0009]二、放电等离子烧结:将步骤一称取的粒径为0.5 μ m?250 μ m的名义化学成分为T1- (40?44.5) Al-(0.5?10) X- (0.1?2) Z (at % )的TiAl预合金粉末放入石墨模具中，真空脱气，进行放电等离子烧结，得到致密度为95%?100%的TiAl合金板坯；
[0010]步骤二中所述的真空脱气的温度为室温，真空度为0.01?IPa ;
[0011]步骤二中所述的放电等离子烧结的升温速率为20°C /min?200°C /min ；
[0012]步骤二中所述的放电等离子烧结的温度为900 °C?1400 °C，压力为5MPa?lOOMPa，保温时间为2min?180min，保温后随炉冷却；
[0013]三、切割加工:
[0014]将步骤二中得到的致密度为95%?100%的TiAl合金板坯和步骤一中准备的纯钛板或钛合金板进行线切割和倒圆角，得到表面光洁度均为Ra6?Ra8的TiAl合金预制板还和纯钛或钛合金预制板还;
[0015]步骤三中所述的TiAl合金预制板坯与纯钛或钛合金预制板坯的尺寸相同，且TiAl合金预制板还和纯钛或钛合金预制板还的长为1mm?200mm，宽为1mm?200mm，厚度均为0.3mm?30mm ；
[0016]四、包套:
[0017]将步骤三中得到的TiAl合金预制板坯和纯钛或钛合金预制板坯进行叠放；叠放方式为:以TiAl合金预制板坯/纯钛或钛合金预制板坯的方式交替叠放TiAl合金预制板坯和纯钛或钛合金预制板坯至2n+l层，得到最终堆叠板坯；其中，η为I?50的整数；最终堆叠板坯的两侧为TiAl合金预制板坯；
[0018]将最终堆叠板坯置于包套内，再进行焊封；
[0019]步骤四中所述的包套为不锈钢、纯钛或钛合金；
[0020]五、高温包套乳制:将步骤四中得到的封焊后的包套放入加热炉中，再将加热炉从室温升温至1000°C?1350°C，再在温度为1000°C?1350°C下保温5min?120min，再将包套放置在乳机上，再在乳制速率为0.0lm/s?2.5m/s、道次变形量为5%?40%、乳制总变形量为30%?90%和道次回炉温度为1000°C?1350°C下保温5min?60min的条件下进行乳制，得到乳件；再将乳件放置在温度为1000°C?1350°C的加热炉中，再关掉加热炉的电源，乳件自然冷却至100°C?600°C，再将温度为100°C?600°C乳件从加热炉中取出，自然冷却至室温，得到包有包套的乳件；
[0021]六、去除包套:
[0022]采用机械加工方法去除步骤五中得到的包有包套的乳件外的包套，得到TiAl/Ti合金层状复合板材。
[0023]本发明包含以下有益效果:
[0024]本发明采用的放电等离子烧结技术集粉末成形和烧结于一体，不需要预先成形，也不需要任何添加剂和粘结剂；其加热均匀、升温快、烧结温度低、烧结时间短、效率高、组织细小均匀，保护原材料的自然状态，可得到高致密度的材料，有利于板材的后续成形；有利于制备出大尺寸，高强度，高塑性的TiAl/Ti合金层状复合板材；
[0025]本发明通过将制备的TiAl合金预制板坯和纯钛或钛合金预制板坯交替叠层放置引入钛合金作为增韧相，有利于二者协调变形，有利于制备出高强度，高塑性的TiAl/Ti合金层状复合板材。
[0026]本发明获得的TiAl/Ti合金层状复合板材的尺寸为(200mm?500mm) X (100mm?200mm) X (lmm?5mm)，室温抗拉强度可达1200MPa，室温塑性为4%?5%，700°C抗拉强度可达 900MPa，700°C塑性为 13%?19%。
[0027]本发明可获得一种放电等离子烧结及包套热乳制备TiAl/Ti合金层状复合板材的方法。
【具体实施方式】
[0028]【具体实施方式】一:一种放电等离子烧结及包套热乳制备TiAl/Ti合金层状复合板材的方法是按以下步骤完成的:
[0029]一、原材料准备:称取粒径为0.5μπι?250 μπι的名义化学成分为T1-(40?44.5)Al-(0.5?10) X-(0.1?2) Z (at % )的TiAl预合金粉末；准备纯钛板或钛合金板；
[0030]步骤一中所述的T1-(40 ?44.5) Al-(0.5 ?10) X-(0.1 ?2) Z (at % )中 X 为 beta相稳定元素，Z为微合金化元素；
[0031]步骤一中所述的名义化学成分为T1-(40?44.5)Α1-(0.5?10)Χ_(0.I?2)Z(at%)的TiAl预合金粉末是通过惰性气体雾化技术或等离子旋转电极雾化技术制备的；
[0032]二、放电等离子烧结:将步骤一称取的粒径为0.5 μ m?250 μ m的名义化学成分为T1- (40?44.5) Al-(0.5?10) X- (0.1?2) Z (at % )的TiAl预合金粉末放入石墨模具中，真空脱气，进行放电等离子烧结，得到致密度为95%?100%的TiAl合金板坯；
[0033]步骤二中所述的真空脱气的温度为室温，真空度为0.01?IPa ;
[0034]步骤二中所述的放电等离子烧结的升温速率为20°C /min?200°C /min ；
[0035]步骤二中所述的放电等离子烧结的温度为900 °C?1400 °C，压力为5MPa?lOOMPa，保温时间为2min?180min，保温后随炉冷却；
[0036]三、切割加工:
[0037]将步骤二中得到的致密度为95%?100%的TiAl合金板坯和步骤一中准备的纯钛板或钛合金板进行线切割和倒圆角，得到表面光洁度均为Ra6?Ra8的TiAl合金预制板还和纯钛或钛合金预制板还;
[0038]步骤三中所述的TiAl合金预制板坯与纯钛或钛合金预制板坯的尺寸相同，且TiAl合金预制板还和纯钛或钛合金预制板还的长为1mm?200mm，宽为1mm?200mm，厚度均为0.3mm?30mm ；
[0039]四、包套:
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