一种放电等离子烧结及包套热轧制备TiAl合金板材的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种合金板材的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着航空航天，民运等工业的快速发展，对发动机零部件的性能提出了更高的要求，目前航空、航天发动机零部件多采用镍基高温合金和钛合金。镍基合金存在着质量高、比重大和比强度低等缺点，而钛合金则存在室温弹性模量低、高温抗蠕变和使用温度不足等缺点，逐渐不能满足航空、航天发动机的技术要求。TiAl合金具有密度低、比强度高、比刚度高，以及良好的高温抗氧化、抗蠕变性能，是一种非常有潜力的轻质高温结构材料，在航空、航天等工业领域有着广阔的应用前景。
[0003]高性能TiAl合金板材的制备被认为是实现TiAl合金材料工程化应用的关键。TiAl合金的板材不仅可以直接作为结构材料使用，而且还可以通过超塑性成形技术加工成航空航天器及其发动机的零部件，能极大的扩展TiAl合金的应用范围。因此制备TiAl轻质高温材料可以大幅度提升我国民用工业和航空航天等工业的水平，有效减少能源消耗。
[0004]目前，制备TiAl合金板材的方法主要是通过对TiAl合金铸锭进行高温包套轧制实现的，但铸锭冶金过程中容易出现宏观偏析、枝晶偏析，化学成分不均匀、组织不一致等缺陷，导致TiAl合金的高温变形能力较差，不适合作为制备TiAl合金板材的坯料。相比之下，粉末冶金能制备出晶粒细小且化学成本均匀的板坯，是生产TiAl板材所必须的。为了避免氧等杂质含量对TiAl粉末造成污染，恶化TiAl合金的性能，采用TiAl预合金粉，具有组织和成分均匀，氧等杂质含量低，适合作为原料制备TiAl合金。
[0005]粉末冶金制备TiAl合金板材的通用方法是将TiAl合金粉在温度1100?1300°C、压力140?200Mpa、时间2?4h的条件下热等静压，制备TiAl合金板坯，随后将热等静压板坯进行表面处理、包套，然后进行高温包套扎制。相比该方法，本发明先对TiAl预合金粉进行放电等离子烧结制备坯料，再进行包套热轧的方法制备TiAl合金板材的方法，放电等离子烧结制备的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速率下进行TiAl合金的包套轧制。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是要解决现有TiAl合金板材的制备方法存在化学成分不均匀、组织不一致、板材性能差及制备困难的问题，而提供一种放电等离子烧结及包套热轧制备TiAl合金板材的方法。
[0007]一种放电等离子烧结及包套热轧制备TiAl合金板材的方法，具体是按以下步骤完成的:
[0008]一、原材料准备:称取粒径为0.5 μπι?325 μm的名义化学成分为T1-(40?50)Al-(0.1?10) X (at % )的TiAl预合金粉末；
[0009]步骤一中所述的T1-(40 ?50) Al-(0.1 ?10)X(at% )中 X 为 Mo、Cr、Nb、V、S1、Fe、Zr、Mn、B、C、W和Y中的一种或几种的混合；
[0010]步骤一中所述的名义化学成分为T1-(40?50) Al-(0.1?10) X (at %)的TiAl预合金粉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；
[0011]二、放电等离子烧结:
[0012]将步骤一称取的TiAl预合金粉末放入石墨模具中，在压力为1MPa?200MPa，温度为900°C?1300°C和真空度为KT4Pa?1Pa下烧结Imin?60min，得到致密度为95%?100 %的还料；
[0013]三、车削加工:
[0014]对步骤二得到的致密度为95%?100%的坯料进行车削加工和倒圆角，得到表面光洁度为Ra6?Ra8的板还；
[0015]四、板还包套:
[0016]将步骤三得到的表面光洁度为Ra6?RaS的板坯放入包套中，再进行封焊，得到封焊后包有板还的包套；
[0017]步骤四中所述的包套为不锈钢包套、纯钛包套或钛合金包套；
[0018]步骤四中所述的包套的厚度为Imm?20mm ；
[0019]五、高温包套轧制:
[0020]将步骤四得到的封焊后包有板坯的包套放入加热炉中，再将加热炉从室温升温至1000 °C?1280 °C，再在温度为1000 °C?1280 °C下保温0.5h?4h，再将温度为1000 °C?1280°C封焊后包有板坯的包套放置在轧机上，在轧制速率为0.0lm/s?1.5m/s、道次变形量为5%?30%、乳制总变形量为30%?90%和道次回炉温度为1000°C?1280°C下，保温2min?60min的条件下进行轧制，得到轧件；再将轧件放置在温度为1000°C?1280°C的加热炉内，再关掉加热炉的电源，乳件自然冷至100 °C?900 °C，再将温度为100°C?900°C轧件从加热炉中取出，自然冷却至室温，得到带有包套的轧制板材；
[0021]六、去除包套:
[0022]采用机械加工方法去除步骤五中得到的带有包套的轧制板材中的包套，得到TiAl合金板材。
[0023]本发明的优点:
[0024]一、本发明中采用放电等离子烧结方法，放电等离子烧结可以在较低温度下，较短的烧结时间内制备出致密度高、组织细小、成分均匀，氧含量较低、性能优异、变形能力良好的TiAl合金坯料，而且本发明可通过控制烧结温度来控制组织，适合制备TiAl合金的板坯。且操作简单，不需要专门的熟练的技术；
[0025]二、放电等离子烧结坯料，热加工性能良好，利于后续的TiAl合金板材的成形，可在相对较低的温度和较高的应变速率下进行TiAl合金的高温包套轧制，制备的板材晶粒尺寸细小，力学性能优异；
[0026]三、本发明制备的TiAl合金板材的室温抗拉强度为550MPa?800MPa。
[0027]本发明可获得一种放电等离子烧结及包套热轧制备TiAl合金板材的方法。
【具体实施方式】
[0028]【具体实施方式】一:本实施方式是一种放电等离子烧结及包套热轧制备TiAl合金板材的方法，具体是按以下步骤完成的:
[0029]一、原材料准备:称取粒径为0.5 μπι?325 μm的名义化学成分为T1-(40?50)Al-(0.1?10) X (at % )的TiAl预合金粉末；
[0030]步骤一中所述的T1-(40 ?50) Al-(0.1 ?10)X(at% )中 X 为 Mo、Cr、Nb、V、S1、Fe、Zr、Mn、B、C、W和Y中的一种或几种的混合；
[0031]步骤一中所述的名义化学成分为T1-(40?50) Al-(0.1?10) X (at %)的TiAl预合金粉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:
[0033]将步骤一称取的TiAl预合金粉末放入石墨模具中，在压力为1MPa?200MPa，温度为900°C?1300°C和真空度为KT4Pa?1Pa下烧结Imin?60min，得到致密度为95%?100 %的还料；
[0034]三、车削加工:
[0035]对步骤二得到的致密度为95%?100%的坯料进行车削加工和倒圆角，得到表面光洁度为Ra6?Ra8的板还；
[0036]四、板还包套:
[0037]将步骤三得到的表面光洁度为Ra6?RaS的板坯放入包套中，再进行封焊，得到封焊后包有板还的包套；
[0038]步骤四中所述的包套为不锈钢包套、纯钛包套或钛合金包套；
[0039]步骤四中所述的包套的厚度为Imm?20mm ；
[0040]五、高温包套轧制:
[0041]将步骤四得到的封焊后包有板坯的包套放入加热炉中，再将加热炉从室温升温至1000 °C?1280 °C，再在温度为1000 °C?1280 °C下保温0.5h?4h，再将温度为1000 °C?1280 °C封焊后包有板坯的包套放置在轧机上，在轧制速率为0.0 lm/s?1.5m/s、道次变形量为5%?30%、乳制总变形量为30%?90%和道次回炉温度为1000°C?1280°C下，保温2min?60min的条件下进行轧制，得到轧件；再将轧件放置在温度为1000°C?1280°C的加热炉内，再关掉加热炉的电源，乳件自然冷至100 °C?900 °C，再将温度为100°C?900°C轧件从加热炉中取出，自然冷却至室温，得到带有包套的轧制板材；
[0042]六、去除包套:
[0043]采用机械加工方法去除步骤五中得到的带有包套的轧制板材中的包套，得到TiAl合金板材。
[0044]一、本实施方式中采用放电等离子烧结方法，放电等离子烧结可以在较低温度下，较短的烧结时间内制备出致密度