[发明专利]一种高致密Ti2AlNb粉末合金近净成形工艺

说明书

技术领域

本发明属于轻质高强钛铝金属间化合物的粉末冶金成型技术领域，具体涉及一种 高致密Ti₂AlNb粉末合金近净成形工艺。

背景技术

Ti₂AlNb是以有序正交结构O相为基础的金属间化合物合金，成分通常在Ti-(18- 30)Al-(12.5-30)Nb范围，并含有少量的Mo、V和Ta等合金元素。由于长程有序的超点阵结构 减弱了位错运动和高温扩散，因而该合金不仅具有较高的比强度、比刚度，还有高温蠕变抗 力、断裂韧性高、抗氧化性好、热膨胀系数低等特点，因此它已经成为最具潜力的新型航空 航天用轻质高温结构材料。

Ti₂AlNb合金化程度高,在熔炼过程中易出现宏观成分偏析,在凝固过程中易出 现缩孔、疏松等铸造缺陷,室温塑性低且离散度大。目前制备Ti₂AlNb合金构件的主要方 法为铸锭热变形+机加工的方法，锻造遗传组织分布不均匀易导致后续机加工产生裂纹。采 用粉末热等静压工艺能够解决熔铸Ti₂AlNb合金宏观成分偏析、微观组织不均匀以及难加 工等问题，突破了铸锭尺寸和热变形设备的局限对变形Ti₂AlNb合金形状及尺寸的限制，可 以成型大尺寸复杂构件，且成分均匀，组织细小，致密化程度高，性能一致性好。本发明使用 的Ti₂AlNb合金粉末为采用等离子旋转电极工艺制得的球形粉末，其具有粒度细、杂质少、 球形度高、流动性好、氧含量低等优点，能够进一步提高粉末热等静压工艺制得的Ti₂AlNb 合金的综合性能。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高性能Ti₂AlNb粉末合 金的成型工艺，解决了粉末热等静压成型能够解决传统工艺制备Ti₂AlNb合金过程中的偏 析、缺陷、难以加工的问题，具有各向同性的特点，致密化程度高，组织、成分均匀，性能优异 且一致性好的特点，能够满足航空航天领域的应用要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高致密Ti₂AlNb粉末合金近净成 形工艺，包括以下步骤：

1）按照Ti₂AlNb基合金的成分为配料，按重量百分比，Al：5-20wt%，Nb：20-50wt%，其余 Ti为基体，添加0-25wt%的Mo、Ta、V、Si、Zr、W、V合金元素，并熔炼成Ti₂AlNb合金棒；

2）将精车后的Ti₂AlNb合金棒装入等离子旋转电极制粉设备中，在惰性气体保护下将 合金棒制成Ti₂AlNb球形粉末；

3）将制得的Ti₂AlNb球形粉末装入不锈钢或低碳钢包套中，装粉过程中振动包套，使粉 末达到振实状态；

4）对装入Ti₂AlNb球形粉末并振实的包套进行除气工艺，除气温度为100-500℃，真空 度为10^-4-10^-2Pa；

5）对除气后的包套进行热等静压成型，升温升压方式为同时升温升压或先升温后升 压，热等静压参数为：温度为600-1200℃，压力为50-200MPa；

所述的惰性气体采用氦气或氩气。

所述的Ti₂AlNb粉末合金具有各向同性的特点，致密度大于99.5%，成分、组织均 匀，性能一致性好，其力学性能为：屈服强度大于850MPa，抗拉强度大于970MPa，断后伸长率 大于6%，并可通过不同形状和尺寸的包套实现复杂形状和大尺寸Ti₂AlNb合金的近净成形， 能够满足航空航天领域的应用需求。

本发明的有益效果在于：

使用等离子旋转电极制粉工艺制得的优质Ti₂AlNb合金粉末进行包套热等静压近净成 形，获得的Ti₂AlNb粉末合金致密度大于99.5%，成分、组织均匀，性能一致性好，其力学性能 为：屈服强度大于850MPa，抗拉强度大于970MPa，断后伸长率大于6%，并可通过不同形状和 尺寸的包套实现复杂形状和大尺寸Ti₂AlNb合金的近净成形，能够满足航空航天领域的应 用需求。