专利名称：一种γ-TiAl合金棒材的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种合金棒材的制备方法。
背景技术：
，TiAl合金在航空航天用材料中展现出令人瞩目的发展前景，但是由于 TiAl合金具有较高的热强性和很低的热塑性，使得其采用传统的包套挤压工 艺无法顺利的实现Y-TiAl的热挤压，存在以下缺点1、加热过程中"TiAl合 金表面氧化，随后挤压过程中极易产生裂纹，从而使最终挤压得到的棒材表面 开裂；2、不锈钢包套材料与Y-TiAl合金高温强度相差大，造成挤压得到的棒 材直径粗细不均，甚至包套断裂，损伤模具。3、挤压棒材从心部到外缘具有 较高的温度梯度，从而造成挤压得到的棒材组织晶粒大小不均匀；4、当挤压 温度达到1350 140(TC时，不锈钢包套与Y-TiAl合金发生反应，而造成不锈 钢与Y-TiAl合金的熔化。
发明内容
本发明目的是为了解决现有方法制备的Y-TiAl合金棒材存在棒材表面开 裂、直径粗细不均、棒材组织晶粒大小不均匀以及当挤压温度高时，TiAl合 金与坯料发生反应而熔化的问题，而提供一种Y-TiAl合金棒材的制备方法。
Y-TiAl合金棒材的制备方法按以下步骤进行 一、将，TiAl合金铸锭置于 热等静压炉中，在1250 1280°C、 130 140MPa的氩气气氛中保温4 5h后 随炉冷却出炉，然后置于1250 130(TC的条件下均匀化退火12 24h,随炉冷 却出炉；二、在退火后的Y-TiAl合金铸锭内切割所需尺寸的圆柱体，然后包 裹厚度为2 7mm的硅酸铝纤维，再置于壁厚为2 7mm的不锈钢管中部，并 将不锈钢管两端用厚度为2 7mm的不锈钢板在氩气气氛下进行焊装封接，得 包套坯料；三、将包套坯料置于丙酮溶液中超声波清洗3 6min后取出包套坯 料干燥，然后置于1200 140(TC的条件下保温3 4h后取出，并在空气中放 置10 30s，然后放入玻璃润滑剂预压制的杯子中，再放入预热的模具中进行 热挤压，得到棒材；四、将棒材置于900 100(TC的条件下退火1 4h，然后出炉空冷，即得Y-TiAl合金棒材；其中步骤一中氩气的质量纯度为99.99%;
步骤二中包裹硅酸铝纤维的圆柱体与不锈钢管等高，且与不锈钢管的内壁之间
无缝隙；步骤三中预热的模具温度为150 200°C;步骤三中热挤压的挤压比 为6 9 : 1，挤压速度为0.1 0.5m/s。
本发明中在氩气气氛下焊装封接，避免了 Y-TiAl合金加热过程中表面氧 化，使得到的棒材具有良好的表面质量，无表面开裂现象；本发明中硅酸铝纤 维阻碍了 Y-TiAl合金与包套之间的热传导，配合挤压之前在空气中停留进行 冷却的过程，可以提高外部包套材料的强度，降低其与Y-TiAl的强度差异， 使挤压得到的棒材直径粗细均匀，同时还减弱了挤压过程中Y-TiAl棒材从心 部到外缘的温度梯度，使棒材组织为完全再结晶的等轴晶粒且晶粒大小均匀； 隔热材料的使用阻碍了 Y-TiAl合金与包套的接触，从而高温时两者不会发生 反应而熔化；本发明中得到的棒材晶粒细小均匀，具有良好的热塑性变形协调 性，适用于后续的等温成形过程，为生产性能优良的Y-TiAl合金锻件制品打 下良好的基础。
图1为具体实施方式
三十中制备的，TiAl合金棒材的直径与传统包套挤 压工艺制备的棒材的直径对比曲线图，其中B为具体实施方式
二十七中制备的 "TiAl合金棒材的直径曲线，A为传统包套挤压工艺制备的棒材的直径曲线； 图2为具体实施方式
三十中制备的Y-TiAl合金棒材的显微组织图。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式Y-TiAl合金棒材的制备方法按以下步骤进 行:一、将Y-TiAl合金铸锭置于热等静压炉中，在1250 1280'C、130 140MPa 的氩气气氛中保温4 5h后随炉冷却出炉，然后置于1250 130(TC的条件下 均匀化退火12 24h，随炉冷却出炉；二、在退火后的Y-TiAl合金铸锭内切割 所需尺寸的圆柱体，然后包裹厚度为2 7mm的硅酸铝纤维，再置于壁厚为2 7mm的不锈钢管中部，并将不锈钢管两端用厚度为2 7mm的不锈钢板在氩 气气氛下进行焊装封接，得包套坯料；三、将包套坯料置于丙酮溶液中超声波 清洗3 6min后取出包套坯料干燥，然后置于1200 140(TC的条件下保温3 4h后取出，并在空气中放置10 30s，然后放入玻璃润滑剂预压制的杯子中，
5再放入预热的模具中进行热挤压，得到棒材；四、将棒材置于900 100(TC的 条件下退火l 4h，然后出炉空冷，即得？TiAl合金棒材；其中步骤一中氩气 的质量纯度为99.99%;步骤二中包裹硅酸铝纤维的圆柱体与不锈钢管等高， 且与不锈钢管的内壁之间无缝隙；步骤三中预热的模具温度为150 200°C; 步骤三中热挤压的挤压比为6 9 : 1，挤压速度为0.1 0.5m/s。
本实施方式步骤一中Y-TiAl合金铸锭是使用水冷铜坩埚感应熔炼法熔制。
本实施方式步骤二中切割采用电火花线切割。
本实施方式步骤二中焊装封接采用氩弧焊。
本实施方式步骤三中玻璃润滑剂预压制的杯子，是将润滑剂放入模具中， 使用液压机将其压制为杯子形状，其内直径与包套坯料的外直径相等，其侧壁 与底厚均为3mm。
具体实施方式
二:本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中在1260 °C、 135MPa的氩气气氛中保温4.5h。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中在1270 °C、 130MPa的氩气气氛中保温4h。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中在1280 °C、 140MPa的氩气气氛中保温5h。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤一中置于 1260'C的条件下均匀化退火16h。其它步骤及参数与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤一中置于
127(TC的条件下均匀化退火18h。其它步骤及参数与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤一中置于 129(TC的条件下均匀化退火22h。其它步骤及参数与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
七不同的是步骤二中包裹厚 度为5mm的硅酸铝纤维。其它步骤及参数与具体实施方式
七相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
七不同的是步骤二中包裹厚 度为7mm的硅酸铝纤维。其它步骤及参数与具体实施方式
七相同。
具体实施方式
十:本实施方式与具体实施方式
七不同的是步骤二中包裹厚 度为2mm的硅酸铝纤维。其它步骤及参数与具体实施方式
七相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
十不同的是步骤二中置于
壁厚为3mm的不锈钢管中部，并将不锈钢管两端用厚度为3mm的不锈钢板在 氩气气氛下进行焊装封接。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
十不同的是步骤二中置于 壁厚为4mm的不锈钢管中部，并将不锈钢管两端用厚度为4mm的不锈钢板在 氩气气氛下进行焊装封接。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
十不同的是步骤二中置于 壁厚为5mm的不锈钢管中部，并将不锈钢管两端用厚度为5mm的不锈钢板在 氩气气氛下进行焊装封接。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
十不同的是步骤二中置于 壁厚为6mm的不锈钢管中部，并将不锈钢管两端用厚度为6mm的不锈钢板在 氩气气氛下进行焊装封接。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
十四不同的是步骤三中玻 璃润滑剂按重量百分比由50% 69%的L玻璃、30% 40%的石墨和1% 10% 的粘土制成；其中L玻璃按质量百分比由10% 15%的1102、3% 5%的B203、 0.90/0 1.0%的A1203、 0.9% 1.0%的Si02、 0.9% 2.0%的Cr203、 0.9% 2.0% 的Fe203和余量的PbO制成。其它步骤及参数与具体实施方式
十四相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
十四不同的是步骤三中玻
璃润滑剂按重量百分比由60。/。的L玻璃、35%的石墨和5%的粘土制成。其它 步骤及参数与具体实施方式
十四相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
十四不同的是步骤三中玻 璃润滑剂按重量百分比由55。/。的L玻璃、37%的石墨和8%的粘土制成。其它 步骤及参数与具体实施方式
十四相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
一或十七不同的是步骤三
中玻璃润滑剂的制备方法按以下步骤进行 一、按重量百分比分别称取50%
69%的L玻璃、30% 40%的石墨和1% 10%的粘土； 二、将称取的L玻璃 和粘土放入高铝坩埚中，在温度为1050 110(TC的条件下烧结至熔化，随后 水淬，得玻璃珠；三、将玻璃珠磨成粒径为100 150目的玻璃微粉，然后与 称取的石墨混合，而后在球磨速度为40 60r/min条件下，球磨24 48h，即得用于Y-TiAl合金棒材挤压的玻璃润滑剂；其中L玻璃按质量百分比由10%
15%的1102、3% 5%的8203、0.9% 1.0%的八1203、0.9% 1.0%的8102、0.9% 2.0%的&203、 0.9。/。 2.0。/。的Fe203和余量的PbO制成。其它步骤及参数与具 体实施方式一或十七相同。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
十八不同的是步骤三中超 声波清洗4min。其它步骤及参数与具体实施方式
十八相同。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
十八不同的是步骤三中超 声波清洗5min。其它步骤及参数与具体实施方式
十八相同。
具体实施方式
二十一本实施方式与具体实施方式
二十不同的是步骤三中 置于130(TC的条件下保温3.5h后取出，并在空气中放置10s。其它步骤及参 数与具体实施方式
二十相同。
具体实施方式
二十二本实施方式与具体实施方式
二十不同的是步骤三中 置于120(TC的条件下保温4h后取出，并在空气中放置20s。其它步骤及参数 与具体实施方式
二十相同。
具体实施方式
二十三本实施方式与具体实施方式
二十不同的是步骤三中 置于140(TC的条件下保温4h后取出，并在空气中放置30s。其它步骤及参数 与具体实施方式
二十相同。
具体实施方式
二十四本实施方式与具体实施方式
二十三不同的是步骤三 中预热的模具温度为160°C。其它步骤及参数与具体实施方式
二十三相同。
具体实施方式
二十五本实施方式与具体实施方式
二十三不同的是步骤三
中预热的模具温度为18(TC。其它步骤及参数与具体实施方式
二十三相同。
具体实施方式
二十六本实施方式与具体实施方式
二十二不同的是步骤三
中预热的模具温度为19CTC。其它步骤及参数与具体实施方式
二十二相同。
具体实施方式
二十七本实施方式与具体实施方式
二十六不同的是步骤三
中热挤压的挤压比为7:1，挤压速度为0.3m/s。其它步骤及参数与具体实施
方式二十六相同。
具体实施方式
二十八本实施方式与具体实施方式
二十六不同的是步骤三
中热挤压的挤压比为8:1，挤压速度为0.4m/s。其它步骤及参数与具体实施
方式二十六相同。
具体实施方式
二十九本实施方式与具体实施方式
二十六不同的是步骤三
中热挤压的挤压比为9 : 1，挤压速度为0.5m/s。其它步骤及参数与具体实施
方式二十六相同。
具体实施方式
三十本实施方式，TiAl合金棒材的制备方法按以下步骤
进行 一、将Y-TiAl合金铸锭置于热等静压炉中，在126(TC、 140MPa的氩气 气氛中保温5h后随炉冷却出炉，然后置于130(TC的条件下均匀化退火18h， 随炉冷却出炉；二、在退火后的y-TiAl合金铸锭内切割所需尺寸的圆柱体， 然后包裹厚度为7mm的硅酸铝纤维，再置于壁厚为7mm的不锈钢管中部，并 将不锈钢管两端用厚度为7mm的不锈钢板在氩气气氛下进行焊装封接，得包 套坯料；三、将包套坯料置于丙酮溶液中超声波清洗5min后取出包套坯料干 燥，然后置于130(TC的条件下保温4h后取出，并在空气中放置20s，然后放 入玻璃润滑剂预压制的杯子中，再放入预热的模具中进行热挤压，得到棒材； 四、将棒材置于100(TC的条件下退火2h，然后出炉空冷，即得Y-TiAl合金棒 材；其中步骤一中氩气的质量纯度为99.99%;步骤二中包裹硅酸铝纤维的圆 柱体与不锈钢管等高，且与不锈钢管的内壁之间无缝隙；步骤三中预热的模具 温度为200。C;步骤三中热挤压的挤压比为9 : 1，挤压速度为0.4m/s。
本实施方式中制备的Y-TiAl合金棒材的直径与传统包套挤压工艺制备的 棒材对比，对比实验中以Y-TiAl合金棒材最先挤压成型处为测试原点，然后 沿Y-TiAl合金棒材轴向进行测量，图1中横坐标为各测试点与原点之间的距 离(沿Y-TiAl合金棒材轴向)，纵坐标为挤压出Y-TiAl合金棒材的直径，由图 1中可知本发明制备的Y-TiAl合金棒材直径粗细均匀；如图2所示，本发明制 备的？TiAl合金晶粒大小均匀。
具体实施方式
三十一本实施方式Y-TiAl合金棒材的制备方法按以下步 骤进行 一、将？TiAl合金铸锭置于热等静压炉中，在125(TC、 130MPa的氩 气气氛中保温4h后随炉冷却出炉，然后置于125(TC的条件下均匀化退火12h， 随炉冷却出炉；二、在退火后的Y-TiAl合金铸锭内切割所需尺寸的圆柱体， 然后包裹厚度为2mm的硅酸铝纤维，再置于壁厚为2mm的不锈钢管中部，并 将不锈钢管两端用厚度为2mm的不锈钢板在氩气气氛下进行焊装封接，得包 套坯料；三、将包套坯料置于丙酮溶液中超声波清洗4min后取出包套坯料干燥，然后置于130(TC的条件下保温3h后取出，并在空气中放置10s，然后放 入玻璃润滑剂预压制的杯子中，再放入预热的模具中进行热挤压，得到棒材； 四、将棒材置于900。C的条件下退火4h，然后出炉空冷，即得Y-TiAl合金棒 材；其中步骤一中氩气的质量纯度为99.99%;步骤二中包裹硅酸铝纤维的圆 柱体与不锈钢管等高，且与不锈钢管的内壁之间无缝隙；步骤三中预热的模具 温度为150。C;步骤三中热挤压的挤压比为8 : 1，挤压速度为0.5m/s。
本实施方式中制备的Y-TiAl合金棒材的直径与传统包套挤压工艺制备的 棒材对比直径粗细均匀，棒材无裂纹，且晶粒大小均匀。
权利要求
1、一种γ-TiAl合金棒材的制备方法，其特征在于γ-TiAl合金棒材的制备方法按以下步骤进行一、将γ-TiAl合金铸锭置于热等静压炉中，在1250～1280℃、130～140MPa的氩气气氛中保温4～5h后随炉冷却出炉，然后置于1250～1300℃的条件下均匀化退火12～24h，随炉冷却出炉；二、在退火后的γ-TiAl合金铸锭内切割所需尺寸的圆柱体，然后包裹厚度为2～7mm的硅酸铝纤维，再置于壁厚为2～7mm的不锈钢管中部，并将不锈钢管两端用厚度为2～7mm的不锈钢板在氩气气氛下进行焊装封接，得包套坯料；三、将包套坯料置于丙酮溶液中超声波清洗3～6min后取出包套坯料干燥，然后置于1200～1400℃的条件下保温3～4h后取出，并在空气中放置10～30s，然后放入玻璃润滑剂预压制的杯子中，再放入预热的模具中进行热挤压，得到棒材；四、将棒材置于900～1000℃的条件下退火1～4h，然后出炉空冷，即得γ-TiAl合金棒材；其中步骤一中氩气的质量纯度为99.99％；步骤二中包裹硅酸铝纤维的圆柱体与不锈钢管等高，且与不锈钢管的内壁之间无缝隙；步骤三中预热的模具温度为150～200℃；步骤三中热挤压的挤压比为6～9∶1，挤压速度为0.1～0.5m/s。
2、 根据权利要求l所述的一种Y-TiAl合金棒材的制备方法，其特征在于 步骤一中在1270。C、 130MPa的氩气气氛中保温4h。
3、 根据权利要求2所述的一种Y-TiAl合金棒材的制备方法，其特征在于 步骤一中置于1260。C的条件下均匀化退火16h。
4、 根据权利要求3所述的一种，TiAl合金棒材的制备方法，其特征在于 步骤二中包裹厚度为5mm的硅酸铝纤维。
5、 根据权利要求4所述的一种Y-TiAl合金棒材的制备方法，其特征在于 步骤二中置于壁厚为3mm的不锈钢管中部，并将不锈钢管两端用厚度为3mm 的不锈钢板在氩气气氛下进行焊装封接。
6、 根据权利要求5所述的一种Y-TiAl合金棒材的制备方法，其特征在于 步骤三中玻璃润滑剂按重量百分比由50。/0 69y。的L玻璃、30% 40%的石墨 和1。/。 10。/。的粘土制成；其中L玻璃按质量百分比由10% 15%的1102、3°/0 5%的8203、 0.9% 1.0%的A1203、 0.9% 1.0%的Si02、 0.9% 2.0%的Cr203、，0.9% 2.0%的Fe203和余量的PbO制成。
7、 根据权利要求1或6所述的一种Y-TiAl合金棒材的制备方法，其特征 在于步骤三中玻璃润滑剂的制备方法按以下步骤进行 一、按重量百分比分别 称取50。/。 69Q/。的L玻璃、30% 40%的石墨和1% 10%的粘土； 二、将称取 的L玻璃和粘土放入高铝坩埚中，在温度为1050 110(TC的条件下烧结至熔 化，随后水淬，得玻璃渣；三、将玻璃渣磨成粒径为100 150目的玻璃微粉， 然后与称取的石墨混合，而后在球磨速度为40 60r/min条件下，球磨24 48h， 即得用于？TiAl合金棒材挤压的玻璃润滑剂；其中L玻璃按质量百分比由 10% 15%的7102、3% 5%的8203、0.9% 1.0%的八1203、0.9% 1.0%的Si02、 0.9% 2.0%的Cr203、 0.9% 2.0%的Fe203和余量的PbO制成。
8、 根据权利要求7所述的一种Y-TiAl合金棒材的制备方法，其特征在于 步骤三中置于130(TC的条件下保温3.5h后取出，并在空气中放置10s。
9、 根据权利要求8所述的一种Y-TiAl合金棒材的制备方法，其特征在于 步骤三中预热的模具温度为160°C。
10、 根据权利要求9所述的一种Y-TiAl合金棒材的制备方法，其特征在 于步骤三中热挤压的挤压比为7 : 1，挤压速度为0.3m/s。
全文摘要
一种γ-TiAl合金棒材的制备方法，它涉及一种棒材的制备方法。它解决了现有方法制备的γ-TiAl合金棒材存在棒材表面开裂、直径粗细不均、棒材组织晶粒大小不均匀以及当挤压温度高时γ-TiAl合金与坯料发生反应而熔化的问题。方法一、铸锭加热保温后退火；二、铸锭内切割圆柱体，然后包裹硅酸铝纤维，再置于不锈钢管中部，将两端封接得包套坯料；三、包套坯料经清洗干燥，加热保温后在空气中放置，然后放入玻璃润滑剂预压制的杯子中，再放入模具中挤压得到棒材；四、棒材退火后出炉空冷，即得γ-TiAl合金棒材。本发明中得到的棒材无表面开裂，直径粗细均匀，棒材组织晶粒大小均匀，γ-TiAl合金与包套不会发生反应而熔化。
文档编号B21C23/08GK101518794SQ20091007161
公开日2009年9月2日 申请日期2009年3月23日 优先权日2009年3月23日
发明者单德彬, 炎 吕, 浩 张, 徐文臣 申请人:哈尔滨工业大学