[发明专利]一种细晶层片组织TiAl合金板材及直接制备其的方法

说明书

本发明提供了一种细晶层片组织TiAl合金板材及直接制备其的方法，所述细晶层片组织TiAl合金板材，包括以下原子百分比含量的各元素：43‑46％Al，1‑8％x，0.1‑0.5％y，余量为Ti；其中所述x为Mo，Cr，Nb和Mn中的一种或几种的混合；y为B，C和Y中的一种或几种的混合。本发明通过调控TiAl合金的成分，控制Al及合金元素添加量，通过直接包套轧制，制备出具有细小层片组织的TiAl合金板材，省掉了后续的热处理，减少了工序。同时，所制备的TiAl合金板材组织细小均匀，且几乎不含有脆性β₀相，同时兼具了强度和塑性。提供了工艺流程简单、高性能的TiAl合金热加工制备方法，利于推广和应用。

技术领域

本发明属于TiAl合金板材的轧制方法，特别涉及一种细晶层片组织TiAl合金板材及直接制备其的方法。

背景技术

TiAl合金具有高比强度、高比刚度、优良的抗氧化性和抗蠕变性，以及高于常规钛合金的阻燃性，被认为是一种在650℃-900℃极具应用前景的高温结构材料。TiAl合金板材是当前美国主要航空计划的备选材料，这些计划包括可重复使用的运载火箭、NASA未来X飞机、联合战斗机、X-38救援车、军用航天飞机、机动航天器以及超声速飞机。此外，TiAl合金板材是理想的弹体结构蒙皮材料。但TiAl合金在工业规模的板材加工方面仍存在相当大的技术难点。该类合金存在本征脆性、热变形能力差、热加工窗口窄、变形抗力大及层片晶团粗大等缺点，增加了TiAl合金板材的制备难度。

具有细小均匀层片组织的TiAl合金具有优异的综合力学性能。为了获得这类组织，国内过的科研工作者做了大量研究，主要通过添加合金元素、热处理、热挤压等方法，但所获得的层片晶团的平均晶粒尺寸依然很大，远远不能满足工业需求。为了改善TiAl合金的热加工性能，提高TiAl合金的成形性，通过添加β相稳定元素向合金高温组织中引入无序β相是一种有效的方法。热变形行为研究发现，变形和动态再结晶优先在晶界处的β相中产生。β相的存在促进了晶粒的滑动和晶界的迁移，提高了变形能力。但β相在低温时会有序化为B2结构的β₀相，有序β₀相属于硬脆相，不利于TiAl合金室温塑性。室温组织中的β₀相不仅很难通过后续的热处理完全消除，而且热处理过程还会造成晶粒粗化，损害合金力学性能。而且β相的引入，将会削弱材料自身的蠕变性能。除此之外，制备TiAl合金板材依然存在对设备要求和成本高、加工周期长、材料利用率低、大尺寸薄板难成形等不足，严重制约了TiAl合金的实用化进程。

研究表明，无序的α相也能显著提高TiAl合金的变形能力，尤其是等轴的α晶粒。本发明通过调控TiAl合金的成分，控制Al及合金元素添加量，通过直接包套轧制，直接制备出具有细小层片组织的TiAl合金板材，省掉了后续的热处理，减少了工序。同时，所制备的TiAl合金板材组织细小均匀，且几乎不含有脆性β₀相，同时兼具了强度和塑性。提供了工艺流程简单、高性能的TiAl合金热加工制备方法，利于推广和应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种细晶层片组织TiAl合金板材及直接制备其的方法，通过调控TiAl合金的成分，控制Al及合金元素添加量，通过直接包套轧制，直接制备出具有细小层片组织的TiAl合金板材，省掉了后续的热处理，减少了工序。同时，所制备的TiAl合金板材组织细小均匀，且几乎不含有脆性β₀相，同时兼具了强度和塑性。提供了工艺流程简单、高性能的TiAl合金热加工制备方法，利于推广和应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种细晶层片组织TiAl合金板材，包括以下原子百分比含量的各元素：43-46％Al，1-8％x，0.1-0.5％y，余量为Ti；其中所述x为Mo，Cr，Nb和Mn中的一种或几种的混合；y为B，C和Y中的一种或几种的混合。