[发明专利]一种Nb相增韧高强高塑型γ-TiAl基合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Nb相增韧高强高塑型γ‑TiAl基合金及其制备方法，属于γ‑TiAl基材料制备加工技术领域。本发明解决了现有γ‑TiAl基合金室温塑性低、且强度和塑性不能兼得的问题。本发明首先通过高能球磨细化Nb粉颗粒尺寸，然后再将细化的Nb粉弥散分布于γ‑TiAl基合金粉末表面，最后通过真空热压烧结技术获得Nb相增韧高强高塑型γ‑TiAl基合金。本发明方法的生产成本低、可实现对增韧相Nb的含量与分布规律、Nb与γ‑TiAl基体中的固溶量及界面反应程度、γ‑TiAl基合金微观组织的有效调控，制备出高强高塑的γ‑TiAl基合金，其室温压缩性能达到：强度大于1.6GPa、断裂应变大于25％。

技术领域

本发明涉及一种Nb相增韧高强高塑型γ-TiAl基合金及其制备方法，属于铝钛基复合材料加工技术领域。

背景技术

γ-TiAl基合金因密度低、比强度高、抗腐蚀和抗蠕变性能好以及具有一定的高温强度，成为航空、航天、汽车领域发动机耐高温结构件极具应用潜力的材料。然而，因γ-TiAl基合金晶体结构导致的固有室温本质脆性，严重制约了该类轻质结构材料的应用。因此，提高γ-TiAl基合金的室温韧性和塑性，对于推动这类材料的工程实际应用，实现重要结构零件的轻量化，具有重要意义。

目前，改善γ-TiAl基合金室温韧性塑性的常用方法主要有：(1)向γ-TiAl基合金添加X类(X＝Cr、Mn、V)合金元素，优化合金成分；(2)向铸造γ-TiAl基合金添加少量B元素等晶粒细化剂；(3)降低γ-TiAl基合金中氧、氮等杂质元素含量；(4)采用粉末冶金与热变形方法，充分细化合金组织和晶粒尺寸。这些方法，虽然可以改善合金的室温韧性与塑性，但总体而言效果非常有限，合金的室温塑性最高一般也只能达到2～2.5％左右，无法满足实际工程应用的要求。因此，提供一种高强高塑型γ-TiAl基合金，有效解决γ-TiAl基合金的室温脆性问题的同时提高材料的强度是十分必要的。

发明内容

本发明为了解决现有γ-TiAl基合金室温塑性韧性低、强度不足的问题，本申请采用粉末冶金方法向γ-TiAl基合金中引入Nb增韧相制备增韧高强高塑型γ-TiAl基合金材料，提供一种γ-TiAl基材料的增韧增塑的新途径。

本发明的技术方案：

一种Nb相增韧高强高塑型γ-TiAl基合金，以机械球磨细化的Nb粉末作为增韧相原料，以雾化γ-TiAl预合金粉末作为基体相原料，韧性相Nb弥散分布于基体γ-TiAl相的边界处。

进一步限定，初始粗大Nb颗粒的粒径为200～250μm，细化后Nb粉末粒径为3～15μm，γ-TiAl预合金粉末的粒径为100～150μm。

进一步限定，γ-TiAl预合金粉末的化学成分为Ti-47Al-2Cr-2Nb。

上述Nb相增韧高强高塑型γ-TiAl基合金的制备方法，该方法包括以下步骤：

一、细化Nb粉；

首先将初始粗大Nb颗粒和不同直径磨球按球料比为20:1装入球磨罐中，球磨转速300r/min，每间隔5min球磨一次，每次球磨30min，球磨时间16h，在高纯氩气(99.99％)氛围下进行机械球磨破碎，获得细小Nb粉末；

二、球磨混粉；

将步骤一制备的细小Nb粉末与雾化γ-TiAl预合金粉末按一定质量百分比装入球磨罐中，球料比为(5～10)：1，球磨转速为150～250r/min，每间隔10min球磨一次，每次球磨时长20～30min，球磨时长为6～18h，在高纯氩气氛围下进行常温混合，获得Nb弥散分布的Nb/γ-TiAl混合粉末；

三、热压烧结；