[发明专利]无包套制备TiAl合金板材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金材料的制备领域，具体为一种无包套制备TiAl合金板材的方法。

背景技术

TiAl合金具有低密度、高比强度、优异的高温抗氧化性能，成为当代航空、航天以及民用工业等领域的优秀候选高温结构材料之一，具有广泛的应用前景。

TiAl合金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成形技术加工成航空、航天发动机的零部件，高性能TiAl合金板材的制备被认为是实现TiAl合金工程化应用的关键。然而TiAl合金室温塑性低、高温变形能力差，限制了TiAl合金板材的制备和应用。

现有的TiAl合金板材制备技术主要由铸锭冶金技术和粉末冶金技术两种，铸锭冶金技术的工艺路线为：熔炼制备TiAl合金铸锭-切割成圆柱锭-热等静压处理-表明清理-包套等温锻造-表面清理且切割成矩形块-包套轧制；粉末冶金技术的工艺路线为：制粉-除气后封闭-热等静压致密化-去壳并清理-包套轧制。传统的铸锭冶金法制备TiAl合金板材工序多、操作困难、材料利用率低，加工成本高。此外，铸锭冶金包套轧制技术对包套材料有一定要求且需要真空或氩气气氛下焊接，同时这种工艺存在一定的缺陷，如包套材料与TiAl合金协调变形能力差，导致板材变形不均，表面平整度差，甚至造成板材断裂，当轧制温度过高时包套材料还易与TiAl合金发生反应，影响板材质量。粉末冶金制粉过程中不可避免地遭受O、N、H等气体和杂质的污染，严重影响了后续的加工性能和制品的力学性能。目前新开发的TiAl合金预合金粉末虽然在一定程度上降低了气体和杂质的污染，但是成本显著提升，不利于工艺的推广。

发明内容

本发明针对现有铸锭冶金包套轧制TiAl合金板材工序复杂、加工成本高、原料利用率低，而粉末冶金法制备的TiAl合金棒材易引入杂质、成本高的问题，提供一种无包套直接挤压TiAl合金板材的方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种无包套制备TiAl合金板材的方法，包括如下步骤：

（1）、称取原料

按各组元的原子百分比组成为 43%~45%的Al、0%~9%的 Nb、0%~9%的 V、0%~4%的Mo、0%~0.5%的X、余量为 Ti 和不可避免的杂质元素，X为合金化元素B、Si、C或Y中的一种或几种的混合；分别称取海绵钛、高纯铝、铝铌合金、铝钼合金，铝钒合金、铝钇合金、高纯硼粉、碳粉和硅粉作为原料；

（2）、熔炼铸锭：

将原料加入到真空感应凝壳熔炼炉中熔炼，将熔体浇注到预热后的陶瓷铸型中，得到TiAl合金铸锭；

（3）、坯料预处理：

a、将TiAl合金铸锭进行热等静压处理，处理工艺为1250℃~1280℃，150~160MPa，氩气气氛保护，保温4~5h，随炉冷却出炉；

b、对铸锭进行近γ处理，将铸锭置于热处理炉中，1230~1280℃保温24~48h，炉冷，随后将铸锭置于箱式马弗炉中，900~1000℃下保温12~24h，空冷；

c、将退火后的铸锭去除氧化皮，平整表面，加工成标准矩形块，采用电火花线切割在坯料变形前端加工倒角；

d、采用砂纸打磨挤压坯料，粗糙度为Ra 1.6~0.8，随后置于丙酮溶液中超声波清洗5~10min后取出并干燥；

（4）、板材挤压第一阶段

将步骤3得到的坯料放入挤压模具中，在TiAl合金α+γ双相区挤压，挤压温度为1250℃~1300℃、挤压压力为50MPa~80MPa、压下速率为0.2~0.4mm/min和真空的条件下进行挤压，保温30~60min后出炉，得到高温挤压第一阶段的TiAl合金坯料；

（5）、板材挤压第二阶段

将步骤4得到的高温挤压第一阶段后的TiAl坯料放入添加润滑剂的挤压模具中，在TiAl合金α+γ双相区挤压，挤压温度为1280℃~1330℃、挤压压力为60MPa~80MPa、压下速率为0.1~0.3mm/min和真空的条件下进行挤压，保温30~60min后出炉，得到TiAl合金板材。

优选的，步骤（2）中，熔炼气氛为真空，真空度为1.0~3.0×10^-3mbar；陶瓷铸型采用Al₂O₃或ZrO₂面层陶瓷型壳，预热温度300℃~600℃。