[发明专利]一种TiAl基复合材料及其热机械处理方法

说明书

本发明涉及一种以原位自生成的TiB2晶须增强的TiAl基复合材料及其热机械处理方法。根据B元素添加控制量计算公式，在TiAl合金中添加适量的B元素，使得在TiAl合金中形成以L→β+TiB2和L+β→α+TiB2共晶反应原位自生成细长的次生TiB2晶须，同时避免粗大的颗粒状初生TiB2相产生，从而可以通过铸锭冶金方法制备一种TiB2晶须增强的TiAl基复合材料。而后，TiB2/TiAl复合材料经过包套热挤压或者包套锻造可制备成细晶棒材或者细晶饼坯，细长TiB2晶须被破碎成短晶须，再经过特殊的热处理工艺的处理，可以获得细晶网篮状组织或者细晶全片层组织。这种TiB2/TiAl复合材料从室温一直到850℃高温均具有很高的强度，同时还具有优异的室温塑性，因此在航空航天领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，涉及一种TiAl基复合材料及其热机械处理方法，具体涉及一种原位自生成TiB2晶须增强TiAl基复合材料及其热加工和热处理方法。

背景技术

γ-TiAl基金属间化合物合金具有低密度、高比强度、高比模量、高蠕变抗力、抗氧化、抗燃烧等优异的性能，因此成为新一代高温结构材料而倍受关注，目前已经成为新一代高推重比航空发动机的关键材料。

通过在TiAl合金中添加颗粒状、纤维状增强体制备成TiAl基复合材料，可提高TiAl合金的高温强度和高温持久性能。但是由于TiAl合金室温塑性只有1～2％，当在TiAl合金中添加增强体会导致室温塑性进一步降低，因此往往难以制备出大尺寸的TiAl基复合材料。TiAl基复合材料的增强体和基体在制备过程中经常会发生强烈的界面反应，导致复合材料的性能显著降低。例如，采用粉末冶金方法制备SiC纤维增强TiAl基复合材料，因为SiC纤维和TiAl合金线膨胀系数相差太大，因而冷却过程中产生的热应力导致沿SiC纤维的径向产生裂纹。采用粉末冶金方法制备Al₂O₃纤维增强TiAl复合材料，发现Al₂O₃纤维与TiAl基体的界面反应异常剧烈。粉末冶金的TiAl复合材料热加工性能非常差，在热变形过程中增强体附近会产生强烈的应力应变集中，从而形成裂纹。

发明内容

本发明的目的是：提供一种TiAl基复合材料及其热机械处理方法，以解决目前TiAl基复合材料基体与增强体发生界面反应或界面附近应力集中产生较大脆性，难以制备出高强塑性TiAl基复合材料的技术问题。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，本发明提供一种TiAl基复合材料，所述的TiAl基复合材料按原子百分含量含有：0.5％～1.5％B、42％～45.5％Al、1％～2％Cr、3％～6％Nb、0.1％～0.5％Ta、0～0.2％Si、0％～2％C，余量为Ti和不可避免的杂质，其中氧含量≤0.2wt％、氮含量≤0.03wt％、氢含量≤0.02wt％；

所述的TiAl基复合材料的弹性模量E≥150GPa；

所述的TiAl基复合材料的增强体为弥散分布的TiB₂短晶须；晶须长度≤30μm。

优选地，本发明提供一种TiAl基复合材料，所述的TiAl基复合材料按原子百分含量含有：45.5％Al、0.5％B、1.5％Cr、4％Nb、0.2％Ta、0.2％Si，余量为Ti和不可避免的杂质。

优选地，本发明提供另一种TiAl基复合材料，所述的TiAl基复合材料按原子百分含量含有：44％Al、0.8％B、1％Cr、4％Nb、0.2％Ta，余量为Ti和不可避免的杂质。

优选地，本发明提供第三种TiAl基复合材料，所述的TiAl基复合材料按原子百分含量含有：42％Al、0.5％B、1.5％Cr、5％Nb、0.2％Ta，余量为Ti和不可避免的杂质。

另一方面，本发明提供一种TiAl复合材料的制备方法，步骤如下：