CN105132842B - 一种TiAl合金板材真空挤压的加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种TiAl合金板材真空挤压的加工方法，涉及一种TiAl合金板材的加工方法。本发明是要解决现有TiAl合金成形困难的技术问题。本发明：一、制备TiAl粉末；二、TiAl粉末的预合金化；三、真空热压烧结；四、TiAl合金板材挤压。本发明先通过预合金化、真空热压烧结方法制得TiAl合金块体材料，然后将该块体合金置于挤压模具中进行高温挤压成形。本发明的优点：本发明提出的一种TiAl合金板材真空挤压的加工方法解决了TiAl合金因其室温延性差、高温强度高所导致的成形困难的难题，采用高温挤压方法获得TiAl合金板材。本发明的方法同样适用于其他的钛合金材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种TiAl合金板材的加工方法。
背景技术
TiAl合金具有高熔点，低密度，高弹性模量，良好的阻燃能力，优异的抗氧化性能及良好的高温强度(700℃～900℃)等特点，逐渐成为颇具发展前途的轻质高温结构材料。但是由于TiAl合金室温延性很低、高温屈服应力高，导致其加工成形非常困难，限制了该合金在工程上的应用。
发明内容
本发明是要解决现有TiAl合金成形困难的技术问题，提供了一种TiAl合金板材真空挤压的加工方法。
本发明的一种TiAl合金板材真空挤压的加工方法是按以下步骤进行的：
一、制备TiAl粉末：将钛粉和铝粉按照摩尔比1:1放于球磨混料机中进行混粉球磨6h，形成均匀的TiAl混合粉末；
二、TiAl粉末的预合金化：将步骤一得到的均匀TiAl混合粉末放于管式炉中在真空或氩气保护的条件下以0.3℃/min～0.5℃/min的升温速度从室温升温至550℃～900℃，然后在真空或氩气保护和温度为550℃～900℃的条件下保温1h～2h，得到预合金化的TiAl粉末；
三、真空热压烧结：将步骤二得到的预合金化的TiAl粉末装填在石墨模具的上下冲头之间，压实后装炉，将炉内抽真空至真空度达到10-2Pa～10-3Pa，在真空度为10-2Pa～10-3Pa的条件下从室温升温至630℃，然后施加20MPa的压制压力，在真空度为10-2Pa～10- 3Pa、温度为630℃和压制压力为20MPa的条件下保温1h，然后在真空和压制压力为20MPa的条件下从温度为630℃升温至1150℃～1300℃，在真空、压制压力为30MPa～50MPa和温度为1150℃～1300℃的条件下保温90min～120min，自然降至室温，得到TiAl合金块体；
四、TiAl合金板材挤压：在步骤三得到的TiAl合金块体表面涂抹润滑剂，然后放入挤压模具中，在挤压温度为1250℃～1350℃、挤压压力为50MPa～80MPa和真空的条件下保温1h，得到TiAl合金板材。
本发明采用真空高温挤压成形方法，解决了TiAl合金加工成形难的问题。本发明先通过预合金化、真空热压烧结方法制得TiAl合金块体材料，然后将该块体合金置于挤压模具中进行高温挤压成形。
本发明的优点：本发明提出的一种TiAl合金板材真空挤压的加工方法解决了TiAl合金因其室温延性差、高温强度高所导致的成形困难的难题，采用高温挤压方法获得TiAl合金板材。本发明的方法同样适用于其他的钛合金材料。
附图说明
图1是试验一步骤一所述的钛粉的SEM图；
图2是试验一步骤一所述的铝粉的SEM图；
图3是试验一步骤一中得到的TiAl混合粉末的SEM图；
图4为试验一步骤二中得到预合金化的TiAl粉末的SEM图；
图5为试验一步骤三得到的TiAl合金块体的SEM图；
图6是试验一步骤四得到的TiAl合金板材的实物照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种TiAl合金板材真空挤压的加工方法，具体是按以下步骤进行的：
一、制备TiAl粉末：将钛粉和铝粉按照摩尔比1:1放于球磨混料机中进行混粉球磨6h，形成均匀的TiAl混合粉末；
二、TiAl粉末的预合金化：将步骤一得到的均匀TiAl混合粉末放于管式炉中在真空或氩气保护的条件下以0.3℃/min～0.5℃/min的升温速度从室温升温至550℃～900℃，然后在真空或氩气保护和温度为550℃～900℃的条件下保温1h～2h，得到预合金化的TiAl粉末；
三、真空热压烧结：将步骤二得到的预合金化的TiAl粉末装填在石墨模具的上下冲头之间，压实后装炉，将炉内抽真空至真空度达到10-2Pa～10-3Pa，在真空度为10-2Pa～10-3Pa的条件下从室温升温至630℃，然后施加20MPa的压制压力，在真空度为10-2Pa～10- 3Pa、温度为630℃和压制压力为20MPa的条件下保温1h，然后在真空和压制压力为20MPa的条件下从温度为630℃升温至1150℃～1300℃，在真空、压制压力为30MPa～50MPa和温度为1150℃～1300℃的条件下保温90min～120min，自然降至室温，得到TiAl合金块体；
四、TiAl合金板材挤压：在步骤三得到的TiAl合金块体表面涂抹润滑剂，然后放入挤压模具中，在挤压温度为1250℃～1350℃、挤压压力为50MPa～80MPa和真空的条件下保温1h，得到TiAl合金板材。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中混粉球磨时采用无水乙醇为混合介质，无水乙醇的质量是钛粉和铝粉总质量的10％～30％。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：步骤一中所述的钛粉的纯度为99.5％。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：步骤一中所述的铝粉的纯度为99.7％。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四的不同点是：步骤四所述的润滑剂为氮化硼。其他与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五的不同点是：步骤四所述的挤压模具的材质为石墨材料，石墨材料的抗压强度110MPa。其他与具体实施方式一至五相同。
通过以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：本试验为一种TiAl合金板材真空挤压的加工方法，具体是按以下步骤进行的：
一、制备TiAl粉末：将钛粉和铝粉按照摩尔比1:1放于球磨混料机中进行混粉球磨6h，形成均匀的TiAl混合粉末；
二、TiAl粉末的预合金化：将步骤一得到的均匀TiAl混合粉末放于管式炉中在真空的条件下以0.3℃/min的升温速度从室温升温至700℃，然后在真空和温度为700℃的条件下保温2h，得到预合金化的TiAl粉末；
三、真空热压烧结：将步骤二得到的预合金化的TiAl粉末装填在石墨模具的上下冲头之间，压实后装炉，将炉内抽真空至真空度达到10-3Pa，在真空度为10-3Pa的条件下从室温升温至630℃，然后施加20MPa的压制压力，在真空度为10-3Pa、温度为630℃和压制压力为20MPa的条件下保温1h，然后在真空和压制压力为20MPa的条件下从温度为630℃升温至1250℃，在真空、压制压力为50MPa和温度为1250℃的条件下保温120min，自然降至室温，得到TiAl合金块体；
四、TiAl合金板材挤压：在步骤三得到的TiAl合金块体表面涂抹润滑剂，然后放入挤压模具中，在挤压温度为1300℃、挤压压力为50MPa和真空的条件下保温1h，得到TiAl合金板材。
步骤一中混粉球磨时采用无水乙醇为混合介质，无水乙醇的质量是钛粉和铝粉总质量的10％～30％；步骤一中所述的钛粉的纯度为99.5％；步骤一中所述的铝粉的纯度为99.7％；步骤四所述的润滑剂为氮化硼；步骤四所述的挤压模具的材质为石墨材料，石墨材料的抗压强度110MPa。
图1是试验一步骤一所述的钛粉的SEM图，从图中可以看出纯钛粉末的平均粒径范围是20μm～30μm。
图2是试验一步骤一所述的铝粉的SEM图，从图中可以看出铝粉是较好的球形或近球形，粒径范围是30μm～40μm。
图3是试验一步骤一中得到的TiAl混合粉末的SEM图，从图中可以看出混合后的钛粉和铝粉形貌和尺寸发生了较为明显的变化，粉末颗粒更细小，但没有出现合金化，钛铝粉最终以钛铝混合粉的形式存在于粉末中。
图4为试验一步骤二中得到预合金化的TiAl粉末的SEM图，从图中可以看出预合金化的过程中钛粉和铝粉发生反应，形成了钛铝合金。
图5为试验一步骤三得到的TiAl合金块体的SEM图，从图中可以看出真空热压烧结后获得的组织为均匀的双态组织，由晶粒尺寸较小的r晶粒(灰白色)和r/a2(a2深灰色)片层团组成。
图6是试验一步骤四得到的TiAl合金板材的实物照片，从图中可以看出试验一用挤压方法做出了表面光洁的钛铝板材。
Claims (5)
1.一种TiAl合金板材真空挤压的加工方法，其特征在于TiAl合金板材真空挤压的加工方法是按以下步骤进行的：
一、制备TiAl粉末：将钛粉和铝粉按照摩尔比1:1放于球磨混料机中进行混粉球磨6h，形成均匀的TiAl混合粉末；
二、TiAl粉末的预合金化：将步骤一得到的均匀TiAl混合粉末放于管式炉中在真空或氩气保护的条件下以0.3℃/min～0.5℃/min的升温速度从室温升温至550℃～900℃，然后在真空或氩气保护和温度为550℃～900℃的条件下保温1h～2h，得到预合金化的TiAl粉末；
三、真空热压烧结：将步骤二得到的预合金化的TiAl粉末装填在石墨模具的上下冲头之间，压实后装炉，将炉内抽真空至真空度达到10-2Pa～10-3Pa，在真空度为10-2Pa～10-3Pa的条件下从室温升温至630℃，然后施加20MPa的压制压力，在真空度为10-2Pa～10-3Pa、温度为630℃和压制压力为20MPa的条件下保温1h，然后在真空和压制压力为20MPa的条件下从温度为630℃升温至1150℃～1300℃，在真空、压制压力为30MPa～50MPa和温度为1150℃～1300℃的条件下保温90min～120min，自然降至室温，得到TiAl合金块体；
四、TiAl合金板材挤压：在步骤三得到的TiAl合金块体表面涂抹润滑剂，然后放入挤压模具中，在挤压温度为1250℃～1350℃、挤压压力为50MPa～80MPa和真空的条件下保温1h，得到TiAl合金板材；步骤四所述的挤压模具的材质为石墨材料，石墨材料的抗压强度110MPa。
2.根据权利要求1所述的一种TiAl合金板材真空挤压的加工方法，其特征在于步骤一中混粉球磨时采用无水乙醇为混合介质，无水乙醇的质量是钛粉和铝粉总质量的10％～30％。
3.根据权利要求1所述的一种TiAl合金板材真空挤压的加工方法，其特征在于步骤一中所述的钛粉的纯度为99.5％。
4.根据权利要求1所述的一种TiAl合金板材真空挤压的加工方法，其特征在于步骤一中所述的铝粉的纯度为99.7％。
5.根据权利要求1所述的一种TiAl合金板材真空挤压的加工方法，其特征在于步骤四所述的润滑剂为氮化硼。
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