一種放電等離子燒結及包套熱軋制備TiAl/Ti合金層狀復合板材的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種制備TiAl/Ti合金層狀復合板材的方法。
【背景技術】
[0002]鈦鋁合金具有低密度，高的比強度和比模量，良好的高溫抗氧化和抗蠕變性能，以及優異的高溫強度等突出特點，在航空航天以及汽車工業領域具有廣泛的應用前景。鈦鋁合金的的鑄件和鍛件主要應用于航空航天發動機的機匣和葉片等部件，鈦鋁合金的板材除了可在航空和軍事領域大量地直接用作結構材料外，還可以用作超速性成型的預成形材料，還制備航空和航天發動機的零部件。然而，由于鈦鋁合金具有本征脆性，制備出鈦鋁合金塑形和韌性較差，限制了鈦鋁合金的實際應用。
[0003]本發明引入鈦合金作為增韌相，減小兩者熱應力，提高材料整體的斷裂韌性，有利于二者的協調變形，有利于形成強界面復合等。可更容易地制備出大尺寸，斷裂韌性好的層狀復合板材。
[0004]放電等離子燒結法制備的TiAl合金板坯致密度高、組織細小、成分均勻、性能優異，變形能力良好，利于后續的TiAl合金板材的成形，進而可在相對較低的溫度和較高的應變塑速率下進行TiAl/Ti合金層狀復合板材的乳制，板材性能良好，不宜開裂。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了解決板材乳制過程中材料容易開裂、強度不高、室溫塑性低的問題，而提供一種放電等離子燒結及包套熱乳制備TiAl/Ti合金層狀復合板材的方法是按以下步驟完成的:
[0006]一、原材料準備:稱取粒徑為0.5μπι?250 μπι的名義化學成分為T1-(40?44.5)Al-(0.5?10) X-(0.1?2) Z (at % )的TiAl預合金粉末；準備純鈦板或鈦合金板；
[0007]步驟一中所述的T1-(40 ?44.5) Al-(0.5 ?10) X-(0.1 ?2) Z (at % )中 X 為 beta相穩定元素，Z為微合金化元素；
[0008]步驟一中所述的名義化學成分為T1-(40?44.5)Α1-(0.5?10)Χ_(0.I?2)Z(at%)的TiAl預合金粉末是通過惰性氣體霧化技術或等離子旋轉電極霧化技術制備的；
[0009]二、放電等離子燒結:將步驟一稱取的粒徑為0.5 μ m?250 μ m的名義化學成分為T1- (40?44.5) Al-(0.5?10) X- (0.1?2) Z (at % )的TiAl預合金粉末放入石墨模具中，真空脫氣，進行放電等離子燒結，得到致密度為95%?100%的TiAl合金板坯；
[0010]步驟二中所述的真空脫氣的溫度為室溫，真空度為0.01?IPa ;
[0011]步驟二中所述的放電等離子燒結的升溫速率為20°C /min?200°C /min ；
[0012]步驟二中所述的放電等離子燒結的溫度為900 °C?1400 °C，壓力為5MPa?lOOMPa，保溫時間為2min?180min，保溫后隨爐冷卻；
[0013]三、切割加工:
[0014]將步驟二中得到的致密度為95%?100%的TiAl合金板坯和步驟一中準備的純鈦板或鈦合金板進行線切割和倒圓角，得到表面光潔度均為Ra6?Ra8的TiAl合金預制板還和純鈦或鈦合金預制板還;
[0015]步驟三中所述的TiAl合金預制板坯與純鈦或鈦合金預制板坯的尺寸相同，且TiAl合金預制板還和純鈦或鈦合金預制板還的長為1mm?200mm，寬為1mm?200mm，厚度均為0.3mm?30mm ；
[0016]四、包套:
[0017]將步驟三中得到的TiAl合金預制板坯和純鈦或鈦合金預制板坯進行疊放；疊放方式為:以TiAl合金預制板坯/純鈦或鈦合金預制板坯的方式交替疊放TiAl合金預制板坯和純鈦或鈦合金預制板坯至2n+l層，得到最終堆疊板坯；其中，η為I?50的整數；最終堆疊板坯的兩側為TiAl合金預制板坯；
[0018]將最終堆疊板坯置于包套內，再進行焊封；
[0019]步驟四中所述的包套為不銹鋼、純鈦或鈦合金；
[0020]五、高溫包套乳制:將步驟四中得到的封焊后的包套放入加熱爐中，再將加熱爐從室溫升溫至1000°C?1350°C，再在溫度為1000°C?1350°C下保溫5min?120min，再將包套放置在乳機上，再在乳制速率為0.0lm/s?2.5m/s、道次變形量為5%?40%、乳制總變形量為30%?90%和道次回爐溫度為1000°C?1350°C下保溫5min?60min的條件下進行乳制，得到乳件；再將乳件放置在溫度為1000°C?1350°C的加熱爐中，再關掉加熱爐的電源，乳件自然冷卻至100°C?600°C，再將溫度為100°C?600°C乳件從加熱爐中取出，自然冷卻至室溫，得到包有包套的乳件；
[0021]六、去除包套:
[0022]采用機械加工方法去除步驟五中得到的包有包套的乳件外的包套，得到TiAl/Ti合金層狀復合板材。
[0023]本發明包含以下有益效果:
[0024]本發明采用的放電等離子燒結技術集粉末成形和燒結于一體，不需要預先成形，也不需要任何添加劑和粘結劑；其加熱均勻、升溫快、燒結溫度低、燒結時間短、效率高、組織細小均勻，保護原材料的自然狀態，可得到高致密度的材料，有利于板材的后續成形；有利于制備出大尺寸，高強度，高塑性的TiAl/Ti合金層狀復合板材；
[0025]本發明通過將制備的TiAl合金預制板坯和純鈦或鈦合金預制板坯交替疊層放置引入鈦合金作為增韌相，有利于二者協調變形，有利于制備出高強度，高塑性的TiAl/Ti合金層狀復合板材。
[0026]本發明獲得的TiAl/Ti合金層狀復合板材的尺寸為(200mm?500mm) X (100mm?200mm) X (lmm?5mm)，室溫抗拉強度可達1200MPa，室溫塑性為4%?5%，700°C抗拉強度可達 900MPa，700°C塑性為 13%?19%。
[0027]本發明可獲得一種放電等離子燒結及包套熱乳制備TiAl/Ti合金層狀復合板材的方法。
【具體實施方式】
[0028]【具體實施方式】一:一種放電等離子燒結及包套熱乳制備TiAl/Ti合金層狀復合板材的方法是按以下步驟完成的:
[0029]一、原材料準備:稱取粒徑為0.5μπι?250 μπι的名義化學成分為T1-(40?44.5)Al-(0.5?10) X-(0.1?2) Z (at % )的TiAl預合金粉末；準備純鈦板或鈦合金板；
[0030]步驟一中所述的T1-(40 ?44.5) Al-(0.5 ?10) X-(0.1 ?2) Z (at % )中 X 為 beta相穩定元素，Z為微合金化元素；
[0031]步驟一中所述的名義化學成分為T1-(40?44.5)Α1-(0.5?10)Χ_(0.I?2)Z(at%)的TiAl預合金粉末是通過惰性氣體霧化技術或等離子旋轉電極霧化技術制備的；
[0032]二、放電等離子燒結:將步驟一稱取的粒徑為0.5 μ m?250 μ m的名義化學成分為T1- (40?44.5) Al-(0.5?10) X- (0.1?2) Z (at % )的TiAl預合金粉末放入石墨模具中，真空脫氣，進行放電等離子燒結，得到致密度為95%?100%的TiAl合金板坯；
[0033]步驟二中所述的真空脫氣的溫度為室溫，真空度為0.01?IPa ;
[0034]步驟二中所述的放電等離子燒結的升溫速率為20°C /min?200°C /min ；
[0035]步驟二中所述的放電等離子燒結的溫度為900 °C?1400 °C，壓力為5MPa?lOOMPa，保溫時間為2min?180min，保溫后隨爐冷卻；
[0036]三、切割加工:
[0037]將步驟二中得到的致密度為95%?100%的TiAl合金板坯和步驟一中準備的純鈦板或鈦合金板進行線切割和倒圓角，得到表面光潔度均為Ra6?Ra8的TiAl合金預制板還和純鈦或鈦合金預制板還;
[0038]步驟三中所述的TiAl合金預制板坯與純鈦或鈦合金預制板坯的尺寸相同，且TiAl合金預制板還和純鈦或鈦合金預制板還的長為1mm?200mm，寬為1mm?200mm，厚度均為0.3mm?30mm ；
[0039]四、包套:
[