[发明专利]一种粉末冶金超细晶钛铝基合金板材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超细晶钛铝基合金板材的制备方法，特质系一种粉末冶金超细晶钛铝基合金板材的制备方法；属于粉末冶金材料加工技术领域。

背景技术

钛铝基合金比强度高、比刚度高、密度低、阻燃性能和高温抗氧化、抗蠕变性能好，是一种非常有潜力的轻质高温结构材料，在航空航天、汽车制造等工业领域有着广阔的应用前景。钛铝基合金板材除了可以直接用作结构材料外，还可以作为超塑性成形的预成形材料，并用于近净成形航空、航天发动机的零、部件以及超高速飞行器的翼、壳体、热区蒙皮，涡轮叶片，导弹尾翼等。然而，钛铝基合金较脆，属于难变形材料，室温以及高温加工变形都很困难，尤其是板材的轧制变形更是困难。

早在1995年Koeppe就总结了用铸造冶金工艺制备TiAl基合金薄板的3个条件：①在高温α+γ相区进行近似等温的轧制；②严格控制轧制工艺参数(轧制速度和道次压下量)；③采取必要措施防止TiAl基合金在变形过程中被氧化。(Koeppe C，Bartels A，Clement H，et al.Optimizing Properties of TiAl Sheet Material for Application in Heat Protection Shields or Propulsion Systems.Materials Science and Engineering A，1995，201：182～193.)。其后十几年来，无论采用铸锭冶金法还是粉末冶金法制备钛铝基合金板材，其工艺指导思想均是按照Koeppe提供的条件进行设计工艺，在实现近等温轧制方面，开发了可以加热到1100℃的轧辊来实现等温轧制；在控制轧制工艺方面，目前全部采用低速，少压下多道次的轧制工艺，也就是采用尽量低的轧制速度，较小的道次变形量进行多道次轧制；在防氧化方面，采用包套以及防氧化涂成的方法来实现。这3个条件中，要实现等温轧制，对设备要求较高，需要特殊的材料制备轧辊，因此，能够实现等温轧制机构很少，在防氧化方面，工艺简单，已不存在技术难题，而在控制轧制工艺方面，低速少压下所反映的变形条件即为低应变速率变形，在目前报道中，无论是数值模拟，物理模拟还是实验验证，其实现成功轧制时控制的应变速率均在小于1s^-1的范围内，由于当应变速率小于0.1s^-1时，变形速度太慢，不适合于实际轧制，因此认为应变速率在0.1s^-1到1s^-1的范围是比较合适的加工区域。但是即便是1s^-1的应变速率变形，到次变形量为10％计算，要使总变形量达到80％需要约20道次，再考虑道次间保温时间，轧制一块板材的轧制时间至少为2.5小时，可见轧制效率很低。同时轧制道次多，道次间的保温时间也长，导致的结果是在道次间的保温使得轧制过程产生的再结晶小晶粒发生长大，所以文献所报道的钛铝基合金轧制板材的晶粒尺寸基本在50μm以上，即使通过后期的特殊热处理能够使晶粒大小达到10μm左右已实属不易。然而晶粒大小对合金力学性能有重要的影响，晶粒越小，合金的强度和伸长率也就越高。因而制备细晶组织是实现高性能钛铝基合金的一条重要途径。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺简单，轧制周期短，生产效率高，轧制得到的板材变形均匀，晶粒尺寸小的粉末冶金超细晶钛铝基合金板材的制备方法。

本发明一种粉末冶金超细晶钛铝基合金板材的制备方法，包括下述步骤：

第一步：热等静压制备钛铝基合金锭坯

根据设计的钛铝基合金组分原子百分比，分别取各组分金属粉末，金属粉末粒度为80～100目，形状为球形；将金属粉末装入低碳钢包套，于1235～1265℃进行热等静压，制备致密度大于等于98％，氧含量小于等于1000ppm的钛铝基合金锭坯；

第二步：截取备轧坯料

从第一步得到的钛铝基合金锭坯上切取备轧坯料，采用纯钛板包覆备轧坯料，周边焊接，在纯钛板表面涂覆防氧化玻璃涂层后，备轧；

第三步：轧制

将第二步所得备轧坯料加热到1200～1250℃均温后，进行多道次轧制，轧制总变形量为85％～90％；控制道次终轧温度大于等于1100℃，每道次轧制后，回炉均温至1200～1250℃后进行下一道次轧制，制得粉末冶金钛铝基合金板材；当备轧坯料总变形量小于等于35％时，轧辊线速度为1～2m/min，道次变形量为8～10％；当备轧坯料总变形量为35％～90％时，轧辊线速度为20～30m/min，道次变形量为50～60％；

第四步：退火