[发明专利]一种粉末冶金含铌钛铝基合金大尺寸薄板的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛铝基合金板材的制备方法，特制系一种粉末冶金含铌钛铝基合金大尺寸薄板的制备方法；属于粉末冶金材料压力加工技术领域。

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。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，而制备出经济且使用性能良好的TiAl基合金板材被公认为是真正实现TiAl基合金商业化应用的关键之一，TiAl基合金板材具有广泛的用途，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。尤其是大尺寸的合金板材，在应用方面可以克服小尺寸板材的尺寸限制，但是在轧制过程中相对于小尺寸板材，温降更快，不均匀变形的影响更剧烈，因而成型性更困难。

钛铝基合金中添加Nb元素以后其高温力学性能、抗蠕变性能及氧化性能显著高于普通钛铝基合金，其使用温度比普通钛铝基合金高60-100℃。但是随着Nb含量的增加，合金的耐热性能提高，也就导致α相变温度点升高，因此需要更高的变形温度使其成型，温度越高，技术控制越困难，也就是说板材制备越困难。

目前在钛铝基合金板材制备技术领域，主要有以下几种方式：(1)日本一家公司采用等温轧制的方法制备出厚度仅0.8毫米的薄板，其关键技术为制备出可以加热到1100℃的等温轧辊，将轧件和轧辊同时加热到1100℃进行轧制，并且原始锭坯为4mm厚，也就是说其变形量为80％，在正常的轧制变形范围之内，尽管其没有报道具体的板材尺寸，但是使用该设备，理论上可以制备大尺寸钛铝基合金板材。问题在于要有足够好的轧辊钢来制备在1100℃下能使用的轧辊，目前国内尚无法制备这样的轧辊。(2)将合金粉末经热等静压制坯后采用高温，低速，多道次轧制制备钛铝基合金板材，该方法可以制备组织均匀的板材，但是用高温，低速，多道次的工艺在制备大尺寸板材时，面临温降严重的问题，因此无法实现大尺寸板材制备。(3)采用合金粉-热等静压-锻造-轧制的方法制造板材，该方法的难点在于，要轧制出大尺寸板材，需要大尺寸锻件，而大尺寸锻件的制备过程本身就是一个难题，根据报道，即使采用先经的等温锻造，其锻饼的直径也不过300mm左右，因此制备宽度大于300mm的板材基本无法实现。(4)采用熔铸-热等静压-热轧的方法制备板材，熔铸法制备锭坯其特点是致密度好，难点在于熔铸大尺寸锭坯时，对设备要求较高，并且大尺寸锭坯容易开裂，制备非常困难，因此限制了大尺寸板材的制备。尽管目前国内对一些钛铝基合金板材的制备方法已有报道，但是其都是基于小尺寸板材的制备(宽度小于15mm)，根据《塑性加工技术》知道，轧制板材宽度增大，其制备难度将强烈增大，也就是说如果采用制备小尺寸板材的工艺制备大尺寸板材，其成功率基本为零。例如尽管我国的铝合金板材的加工技术比较成熟，但是依然无法制造宽度大于3m的板材，其主要原因就在于无法掌握大尺寸板材的制备工艺。可见制备大尺寸钛铝基合金，尤其是含铌钛铝基合金板材的轧制工艺是一种特有的技术。

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，加工技术合理，轧制得到的板材变形均匀，轧制后合金组织均匀、细小，表面质量良好的粉末冶金含铌钛铝基合金大尺寸薄板的制备方法。

本发明一种粉末冶金含铌钛铝基合金大尺寸薄板的制备方法，包括下述步骤：

第一步：热等静压制备铌钛铝基合金锭坯

根据设计的铌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；将金属粉末装入包套，于1150～1250℃进行热等静压，制备致密度大于等于98％，氧含量小于等于1000ppm的铌钛铝基合金锭坯；

第二步：截取备轧坯料

从第一步得到的铌钛铝基合金锭坯上切取备轧坯料，将备轧坯料采用纯钛板包覆，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，进行多道次轧制后，空冷，去除包套，制得含铌钛铝基合金大尺寸薄板；控制道次轧制终轧温度大于等于1100℃，道次压下量为8％～20％，轧辊线速度为1～5m/min，总变形量为70％～85％。