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beta-gammaTiAl預合金粉放電等離子燒結制備構件的方法

文檔序號:8237285閱讀:526來(lai)源(yuan):國知局
beta-gamma TiAl預合金粉放電等離子燒結制備構件的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及制備構件的方法。
【背景技術】
[0002]TiAl合金是一種新型輕質高溫結構材料,比重不到鎳基合金的50%,具有輕質、高強、耐蝕、耐磨、耐高溫等優點。TiAl合金具有原子長程有序排列的結構特性以及原子間金屬與共價鍵共存的特性,使其同時兼顧金屬的塑性和陶瓷的高溫強度,與傳統鈦合金和鎳基高溫合金相比,TiAl合金具有低比重、高蠕變抗力等性能優勢,是一種非常有潛力的輕質高溫結構材料,在航空航天、汽車制造等工業領域有著廣闊的應用前景。然而TiAl合金室溫塑性低,高溫變形能力差,這些因素制約了該合金的工程化應用。目前TiAl合金的制造方法主要是精密鑄造和熱加工方法,因而,用TiAl合金制造的產品性能及種類受到了很大的限制。合金的制備過程較為復雜,容易出現鑄造缺陷、成分偏析和組織不均勻現象,雖然經多次等溫鍛造后可獲得細小組織、室溫塑性有所提高,但仍難以后續加工成形,實現復雜形狀和高尺寸精度零部件的制備。
[0003]現用普通的TiAl合金含有gamma相,alpha⑵相和少量的beta相,塑性低,變形能力差。而beta相具有體心立方結構,在高溫下具有更多的可開動滑移系,更容易發生變形。當beta相與細小gamma相同時存在時,可以明顯的提升協調變形能力。當Al含量不高于45%時,合金在凝固過程中不發生包晶反應,凝固路徑為:L — L+beta — beta — alpha+beta — alpha — alpha+gamma — alpha(2)+gamma。當高溫alpha相完全由 beta相通過固態相變而生成,就消除了液態溫度梯度對alpha相取向的影響,最終形成不同取向的片層晶團組織。為了獲得更好的beta相凝固效果,在降低Al含量的同時,可以添加beta相穩定元素,如:W、Re、Fe、Mo、Cr、Nb、Ta、V、Mn等。少量的B、C、和Y等元素能都細化晶粒和片層間距。通過對TiAl合金的成分進行調配,獲得的相組成主要為beta相和gamma相的新型beta-gamma TiAl合金,具有優良的熱變形能力,塑性得到明顯改善,有利于TiAl合金的鍛造及板材的軋制,對TiAl合金的工程化使用具有重大意義。
[0004]粉末冶金方法不僅可以避免鑄造及鑄錠冶金過程中出現的化學成分不均勻、密度和組織不一致等缺陷,而且可一次制出近成形產品,解決了加工困難問題并提高原料的利用率。目前采用粉末冶金等方法制備TiAl合金有一些研宄報道,但通常采用熱等靜壓、熱壓燒結等工藝制造,該方法獲得的合金組織粗大,沒有解決TiAl合金脆性大、不易加工的冋題。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是要解決現有方法制備TiAl合金構件存在成分不均勻、組織粗大、制備困難和機械加工難的問題。而提供beta-ga_a TiAl預合金粉放電等離子燒結制備構件的方法。
[0006]beta-gamma TiAl預合金粉放電等離子燒結制備構件的方法,具體是按以下步驟完成的:
[0007]一、原材料準備:稱取粒徑為0.5 μπι?350 μm的名義化學式為T1-(40?44.5)Al- (0.5 ?10) X-(0.1 ?l)Z(at% )的 beta-gamma TiAl 預合金粉末;
[0008]步驟一中所述的T1- (40 ?44.5) Al-(0.5 ?10) X- (0.1 ?I) Z (at % )中 X 為 beta相穩定元素;所述的beta相穩定元素為Mo、Cr、Nb、V、W、Fe和Mn中的一種或幾種的混合;所述的Z為微合金化元素;所述的微合金化元素為B、C和Y中的一種或幾種的混合;
[0009]步驟一中所述的名義化學式為T1-(40?44.5)Α1-(0.5?10)X_(0.1?I)Z(at% )的beta-gammaTiAl預合金粉末是經惰性氣體霧化技術或等離子旋轉電極霧化技術制備的;
[0010]二、放電等離子燒結:將步驟一稱取的粒徑為0.5 μ???350 μm的名義化學式為T1- (40 ?44.5) Al- (0.5 ?10) X- (0.1 ?I) Z (at % )的 beta-gamma TiAl 預合金粉末放入模具中,再將含有beta-gamma TiAl預合金粉末的模具放入到放電等離子燒結爐中,持續向含有beta-gamma TiAl預合金粉末的模具施加1MPa?150MPa的軸向壓力,在真空度為KT4Pa?1Pa下將放電等離子燒結爐內溫度以升溫速度20°C /min?200°C /min的升溫速度從室溫升溫至950 °C?1350°C,再在溫度為950 °C?1350 °C下保溫2min?30min,再關閉放電等離子燒結爐電源,隨爐冷卻至室溫,得到經過放電等離子燒結后的beta-ga_a TiAl合金構件;
[0011]所述的步驟二中得到的經過放電等離子燒結后的beta-gamma TiAl合金構件的致密度大于99% ;
[0012]三、構件的后續處理:對經過放電等離子燒結后的beta-gamma TiAl合金構件進行精加工處理,得到beta-gamma TiAl合金構件。
[0013]beta-gamma TiAl預合金粉放電等離子燒結制備構件的方法具體是按以下步驟完成的:
[0014]一、原材料準備:稱取粒徑為0.5 μπι?350 μm的名義化學式為T1-(40?44.5)Al- (0.5 ?10) X-(0.1 ?l)Z(at% )的 beta-gamma TiAl 預合金粉末;
[0015]步驟一中所述的T1-(40 ?44.5) Al-(0.5 ?10) X-(0.1 ?I) Z (at %)中 X 為 beta相穩定元素;所述的beta相穩定元素為Mo、Cr、Nb、V、W、Fe和Mn中的一種或幾種的混合;所述的Z為微合金化元素;所述的微合金化元素為B、C和Y中的一種或幾種的混合;
[0016]步驟一中所述的名義化學式為T1-(40?44.5)Α1-(0.5?10)Χ_(0.I?I)Z(at% )的beta-gamma TiAl預合金粉末是經惰性氣體霧化技術或等離子旋轉電極霧化技術制備的;
[0017]二、制備構件預制件:將步驟一稱取的粒徑為0.5 μπι?350 μm的名義化學式為T1- (40 ?44.5) Al- (0.5 ?10) X- (0.1 ?I) Z (at % )的 beta-gamma TiAl 預合金粉末放入模具中,在壓力為20MPa?150MPa,溫度為200°C?1350°C,燒結時間為5min?480min和真空度為10_3Pa?1Pa的條件下進行壓制,得到TiAl合金的構件預制件;
[0018]三、放電等離子燒結:將TiAl合金的構件預制件放入到放電等離子燒結爐中,持續向TiAl合金的構件預制件施加1MPa?150MPa的軸向壓力,在真空度為KT4Pa?1Pa下將放電等離子燒結爐內溫度以升溫速度為20 °C /min?200 °C /min的升溫速率從室溫升溫至950°C?1350°C,再在溫度為950°C?1350°C下保溫2min?30min,再關閉放電等離子燒結爐電源,隨爐冷卻至室溫,得到放電等離子燒結的beta-ga_a TiAl合金構件;
[0019]四、構件的后續處理:對放電等離子燒結的beta-gamma TiAl合金構件進行精加工處理,得到beta-gamma TiAl合金構件。
[0020]本發明的優點:
[0021]—、本發明對beta-gamma TiAl預合金粉進行放電等離子燒結制備構件,所需燒結溫度低、燒結時間短、制備合金的晶粒尺寸小、致密度高、成分均勻、性能優異;同時還具有節能環保,操作簡單,可重復性強的特點;
[0022]二、本發明制備的beta-gamma TiAl合金構件的機械加工性能好,所需加工余量少。
【附圖說明】
[0023]圖1為試驗二步驟二所述的模具的結構示意圖;圖1中I為石墨材質的上壓頭,2為石墨材質的模套,3為試驗二步驟二得到的beta-ga_a TiAl合金葉片,4為石墨材質的下壓頭。
【具體實施方式】
[0024]【具體實施方式】一:本實施方式是beta-gamma TiAl預合金粉放電等離子燒結制備構件的方法具體是按以下步驟完成的:
[0025]一、原材料準備:稱取粒徑為0.5 μπι?350 μm的名義化學式為T1-(40?44.5)Al- (0.5 ?10) X-(0.1 ?l)Z(at% )的 beta-gamma TiAl 預合金粉末;
[0026]步驟一中所述的T1- (40 ?44.5) Al-(0.5 ?10) X- (0.1 ?I) Z (at % )中 X 為 beta相穩定元素;所述的beta相穩定元素為Mo、Cr、Nb、V、W、Fe和Mn中的一種或幾種的混合;所述的Z為微合金化元素;所述的微合金化元素為B、C和Y中的一種或幾種的混合;
[0027]步驟一中所述的名義化學式為T1-(40?44.5)Α1-(0.5?10)X_(0.1?I)Z(at% )的beta-gamma TiAl預合金粉末是經惰性氣體霧化技術或等離子旋轉電極霧化技術制備的;
[0028]二、放電等離子燒結:將步驟一稱取的粒徑為0.5 μπι?350 μm的名義化學式為T1- (40 ?44.5) Al- (0.5 ?10) X- (0.1 ?I) Z (at % )的 beta-gamma TiAl 預合金粉末放入模具中,再將含有beta-gamma TiAl預合金粉末的模具放入到放電等離子燒結爐中,持續向含有beta-gamma TiAl預合金粉末的模具施加1MPa?150MPa的軸向壓力,在真空度為KT4Pa?1Pa下將放電等離子燒結爐內溫度以升溫速度20°C /min?200°C /min的升溫速度從室溫升溫至950 °C?1350°C,再在溫度為950 °C?1350 °C下保溫2min?30min,再關閉放電等離子燒結爐電源,隨爐冷卻至室溫,得到經過放電等離子燒結后的beta-ga_a TiAl合金構件;
[0029]所述的步驟二中得到的經過放電等離子燒結后的beta-gamma TiAl合金構件的致密度大于99% ;
[0030]三、構件的后續處理:對經過放電等離子燒結后的beta-gamma TiAl合金構件進行精加工處理,得到beta-gamma TiAl合金構件。
[0031]本實施方式的優點:一、本實施方式對beta-gamma Ti
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