一種TiAl預(yù)合金粉末近等溫模鍛制備構(gòu)件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種合金構(gòu)件的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]TiAl合金具有密度低、比強(qiáng)度高、比剛度高，以及良好的高溫抗氧化、抗蠕變性能，是一種非常有潛力的輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、汽車制造等工業(yè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。TiAl合金具有原子長(zhǎng)程有序排列的結(jié)構(gòu)特性以及原子間金屬與共價(jià)鍵共存的特性，使其同時(shí)兼顧金屬的塑性和陶瓷的高溫強(qiáng)度，與傳統(tǒng)鈦合金和鎳基高溫合金相比，TiAl合金具有低比重、高蠕變抗力等性能優(yōu)勢(shì)。然而TiAl合金室溫塑性低，高溫變形能力差，這些因素制約了該合金的工程化應(yīng)用。
[0003]目前TiAl合金構(gòu)件的制造方法主要是精密鑄造和熱加工方法，因而，用TiAl合金制造的產(chǎn)品性能及種類受到了很大的限制。合金的制備過(guò)程較為復(fù)雜，容易出現(xiàn)鑄造缺陷、成分偏析和組織不均勻現(xiàn)象，難以后續(xù)加工成形，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀和高尺寸精度零部件的制備。等溫鍛造對(duì)設(shè)備和模具要求較高，變形過(guò)程需要在真空或還原氣氛下進(jìn)行。TiAl預(yù)合金粉具有組織細(xì)小均勻，無(wú)成分偏析、雜質(zhì)含量低、缺陷密度低，經(jīng)致密化處理后仍可獲得具有細(xì)小的晶粒和均勻的組織的坯料，且熱加工性能良好，且對(duì)鍛造模具和鍛造設(shè)備要求低，可在相對(duì)較低的溫度和較高的應(yīng)變速率下對(duì)TiAl坯料進(jìn)行模鍛，制備TiAl合金構(gòu)件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有方法制備的TiAl合金構(gòu)件存在TiAl合金組織粗大，成分偏析，雜質(zhì)含量高、致密度低、構(gòu)件易開裂、對(duì)模具和設(shè)備要求高的問(wèn)題，而提供一種TiAl預(yù)合金粉末近等溫模鍛制備構(gòu)件的方法。
[0005]一種TiAl預(yù)合金粉末近等溫模鍛制備構(gòu)件的方法，其特征在于一種TiAl預(yù)合金粉末近等溫模鍛制備構(gòu)件的方法具體是按以下步驟完成的:
[0006]一、原材料準(zhǔn)備:稱取粒徑為0.5μπι?325 μπι的名義化學(xué)式為Ti_(40?50)Al-(0.1?10) X (at % )的TiAl預(yù)合金粉末；
[0007]步驟一中所述的T1-(40 ?50) Al-(0.1 ?10) X (at% )中 X 為 Mo、Cr、Nb、V、Fe、Mn、B、C、W和Y中的一種或其中幾種的混合；
[0008]步驟一中所述的名義化學(xué)式為T1-(40?50) Al-(0.1?10) X (at %)的TiAl預(yù)合金粉末是通過(guò)惰性氣體霧化技術(shù)或等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化技術(shù)制備的；
[0009]二、致密化處理:將步驟一稱取的粒徑為0.5μπι?325 μπι的名義化學(xué)式為T1-(40?50) Al-(0.1?10) X (at % )的TiAl預(yù)合金粉末進(jìn)行處理，得到TiAl預(yù)制坯料；
[0010]步驟二中所述的將步驟一稱取的粒徑為0.5 μ m?325 μ m的名義化學(xué)式為T1-(40?50)Α1-(0.1?10)X(at% )的TiAl預(yù)合金粉末進(jìn)行處理是經(jīng)熱壓燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)和熱等靜壓中的一種或幾種進(jìn)行處理的；
[0011]三、車削加工:采用機(jī)械加工的方法將步驟二中得到的TiAl預(yù)制坯料進(jìn)行機(jī)械加工，得到預(yù)鍛TiAl構(gòu)件坯料；
[0012]四、近等溫模鍛:將預(yù)熱溫度為860°C?1300°C的預(yù)鍛TiAl構(gòu)件坯料放入預(yù)熱溫度為850°C?1200°C的模具中，在應(yīng)變速率為0.0Ols—1、Is ―1下進(jìn)行近等溫模鍛，得到TiAl合金構(gòu)件；
[0013]步驟四中所述的模具為鈦合金鍛造用高溫合金模具。
[0014]本發(fā)明步驟四中所述的近等溫模鍛是指預(yù)鍛TiAl構(gòu)件坯料的預(yù)熱溫度與模具的預(yù)熱溫度兩者的溫差在10°c?450°C之間的鍛造。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0016]本發(fā)明對(duì)TiAl預(yù)合金粉先進(jìn)行致密化處理、再進(jìn)行近等溫模鍛制備TiAl合金構(gòu)件；TiAl預(yù)合金粉經(jīng)致密化處理后制備的TiAl合金構(gòu)件的晶粒尺寸小，致密度高、成分均勻；使用本發(fā)明方法可降低對(duì)設(shè)備和模具的要求，在相對(duì)較低的溫度和較高的應(yīng)變速率下實(shí)現(xiàn)TiAl合金構(gòu)件的近等溫模鍛；本發(fā)明利用普通的鍛機(jī)和鈦合金鍛造用高溫合金模具就可以制備出性能優(yōu)異的TiAl合金構(gòu)件。
[0017]本發(fā)明可獲得一種TiAl預(yù)合金粉末近等溫模鍛制備構(gòu)件的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0018]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式是一種TiAl預(yù)合金粉末近等溫模鍛制備構(gòu)件的方法，其特征在于一種TiAl預(yù)合金粉末近等溫模鍛制備構(gòu)件的方法具體是按以下步驟完成的:
[0019]一、原材料準(zhǔn)備:稱取粒徑為0.5μπι?325 μπι的名義化學(xué)式為Ti_(40?50)Al-(0.1?10) X (at % )的TiAl預(yù)合金粉末；
[0020]步驟一中所述的T1-(40 ?50) Al-(0.1 ?10) X (at% )中 X 為 Mo、Cr、Nb、V、Fe、Mn、B、C、W和Y中的一種或其中幾種的混合；
[0021]步驟一中所述的名義化學(xué)式為T1-(40?50) Al-(0.1?10) X (at %)的TiAl預(yù)合金粉末是通過(guò)惰性氣體霧化技術(shù)或等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化技術(shù)制備的；
[0022]二、致密化處理:將步驟一稱取的粒徑為0.5μπι?325 μπι的名義化學(xué)式為T1-(40?50) Al-(0.1?10) X (at % )的TiAl預(yù)合金粉末進(jìn)行處理，得到TiAl預(yù)制坯料；
[0023]步驟二中所述的將步驟一稱取的粒徑為0.5 μ m?325 μ m的名義化學(xué)式為T1-(40?50)Α1-(0.1?10)X(at% )的TiAl預(yù)合金粉末進(jìn)行處理是經(jīng)熱壓燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)和熱等靜壓中的一種或幾種進(jìn)行處理的；
[0024]三、車削加工:采用機(jī)械加工的方法將步驟二中得到的TiAl預(yù)制坯料進(jìn)行機(jī)械加工，得到預(yù)鍛TiAl構(gòu)件坯料；
[0025]四、近等溫模鍛:將預(yù)熱溫度為860°C?1300°C的預(yù)鍛TiAl構(gòu)件坯料放入預(yù)熱溫度為850°C?1200°C的模具中，在應(yīng)變速率為0.0Ols—1、Is ―1下進(jìn)行近等溫模鍛，得到TiAl合金構(gòu)件；
[0026]步驟四中所述的模具為鈦合金鍛造用高溫合金模具。
[0027]本實(shí)施方式步驟四中所述的近等溫模鍛是指預(yù)鍛TiAl構(gòu)件坯料的預(yù)熱溫度與模具的預(yù)熱溫度兩者的溫差在10°c?450°C之間的鍛造。
[0028]本實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn):
[0029]本實(shí)施方式對(duì)TiAl預(yù)合金粉先進(jìn)行致密化處理、再進(jìn)行近等溫模鍛制備TiAl合金構(gòu)件JiAl預(yù)合金粉經(jīng)致密化處理后制備的TiAl合金構(gòu)件的晶粒尺寸小，致密度高、成分均勻；使用本實(shí)施方式方法可降低對(duì)設(shè)備和模具的要求，在相對(duì)較低的溫度和較高的應(yīng)變速率下實(shí)現(xiàn)TiAl合金構(gòu)件的近等溫模鍛；本實(shí)施方式利用普通的鍛機(jī)和鈦合金鍛造用高溫合金模具就可以制備出性能優(yōu)異的TiAl合金構(gòu)件。
[0030]本實(shí)施方式可獲得一種TiAl預(yù)合金粉末近等溫模鍛制備構(gòu)件的方法。
[0031]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同點(diǎn)是:步驟一中稱取粒徑為0.5 μ???325 μm的名義化學(xué)式為T1-(41?44)Al-(4?9)X(at% )的TiAl預(yù)合金粉末。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同點(diǎn)是:步驟一中稱取粒徑為0.5 μ m?325 μ m的名義化學(xué)式為T1- (45?48) Al-(4?8.5) X (at % )的TiAl預(yù)合金粉末。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同點(diǎn)是:步驟一中稱取粒徑為0.5μπι?325 μπι的名義化學(xué)式為T1-43Al-9V-0.3Y(at% )的TiAl預(yù)合金粉末。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至三相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同點(diǎn)是:步驟二中所述的壓力為20MPa?lOOMPa，溫度為850°C?1350°C，燒結(jié)時(shí)間為2h?8h ;步驟二中所述的放電等離子燒結(jié)的壓力為40MPa?lOOMPa，燒結(jié)溫度為850°C?1250°C，真空度為10_4?10Pa，燒結(jié)時(shí)間為Imin?30min ;步驟二中所述的熱等靜壓的溫度為1100°C?1280°C，壓力為140MPa?200MPa，時(shí)間為Ih?4h。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至四相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同點(diǎn)是:步驟二中所述的熱壓燒結(jié)的壓力為40MPa?150MPa，溫度為1000°C?1300°C，燒結(jié)時(shí)間為Ih?4h ;步驟二中所述的放電等離子燒結(jié)的壓力為50MPa?80MPa，燒結(jié)溫度為800°C?1280°C，真空度為10_4?10Pa，燒結(jié)時(shí)間為2min?60min ;步驟二中所述的熱等靜壓的溫度為1100°C?1250°C，壓力為160MPa?200MPa，時(shí)間為1.5h?2.5h。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至五相同。
[0036]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同點(diǎn)是:步驟四中將預(yù)熱溫度為900°C?1100°C的預(yù)鍛TiAl構(gòu)件坯料放入預(yù)熱溫度為850 °C?950°C的模具中，在應(yīng)變速率為0.0Ols-1?0.1s ―1下進(jìn)行近等溫模鍛，得到TiAl合金構(gòu)件。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至六相同。
[0037]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同點(diǎn)是:步驟四中將預(yù)熱溫度為950°C?1150°C的預(yù)鍛TiAl構(gòu)件坯料放入預(yù)熱溫度為850°C?1000°C的模具中，在應(yīng)變速率為0.05s—1?0.5s—1下進(jìn)行近等溫模鍛，得到TiAl合金構(gòu)件。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至七相同。
[0038]采用以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果: