[发明专利]一种钛铝预合金粉末置氢与两步除氢热等静压成形方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，具体涉及一种钛铝预合金粉末置氢与两步除氢热等静压成形方法。

背景技术

钛铝合金具有密度低，比强度高，高温性能稳定，耐腐蚀等突出优点，在航空、航天、汽车、化工等领域有着广范的应用。热等静压近净成形甚至净成形钛铝合金作为一种十分经济有效的成形技术，已开始应用于钛铝合金复杂难加工零件的制备。热等静压所用金属包套和控型型芯通常为便于取材，加工及焊接性好，成本低廉的碳钢和不锈钢。但钛铝合金粉末热等静压的温度较高，通常要在1200℃以上才能获得性能较好的钛铝合金热等静压零件，而在较高温度下碳钢和不锈钢的包套和控型型芯容易对零件表面产生严重的污染，对于钛铝合金，在较高温度下，碳钢和不锈钢与钛铝合金发生严重的反应生成钛-铝-铁金属间化合物，导致零件完全损坏。且在较高温度下成形对相关设备的要求和损耗也较高，相应的加工成本也较高。

利用钛铝预合金粉末置氢与两步除氢热等静压成形的方法成功避免了上述问题，可在较低温度下对钛铝合金进行热等静压成形。

氢元素在钛铝合金内部是一种可逆化的合金元素，且氢元素在钛铝合金中具有降低钛铝合金高温流变应力，降低β固相线的作用，进而降低钛铝合金的高温临界成形温度。首先对热等静压用钛铝预合金粉末置氢处理，大量氢原子可以，以钛和铝氢化物的形式被保留在粉末内部，其次钛和铝氢化物具有一定的稳定性，只有在高于其分解温度时，其才能重新分解析出氢原子，且随着温度的升高，分解量逐渐增多，直至完全分解，保证了热等静压高温抽真空除气工艺过程中，置入粉末内部氢原子的析出量及保留量可以定量控制，达到既使粉末表面氧化膜被有效的破除，又使粉末内部保留适量的氢原子，利于其高温成形性的改善。采用氢化处理后的粉末在较低温度下热等静压成形零件，既可有效控制零件与包套和控型型芯的界面反应，得到氧含量低，组织细小致密，性能优异的零件，又可降低对设备的要求和能耗。

专利文献CN104550963A公开了一种利用氢化钛合金粉末实现钛合金粉末成形的方法，该方法将氢化后的钛合金粉末装入金属包套中，振实后在高温下抽真空，脱除合金的氢含量，封焊后进行热等静压，实现钛合金成形。该方法通过在包套抽真空除气环节脱除氢化钛合金粉末中氢含量，解决了氢化钛合金成形过程中的除氢问题。

但是专利文献CN104550963A公开的一种利用氢化钛合金粉末实现钛合金粉末成形的方法存在如下问题：

(1)成形采用的粉末为循环氢破碎钛合金粉末，粉末流动性差，不利于热等静压直接近净成形甚至净成形复杂的零部件。

(2)成形过程中在粉末热等静压前直接一次将粉末中的氢原子除去，其目的为改善钛合金成形过程中氢含量高的技术问题。其成形温度高，相应对热等静压成形过程中的包套、控型型芯材料及成形设备的要求高，成形的成本高昂。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种钛铝预合金粉末置氢与两步除氢热等静压成形方法，其目的是在较低温度下对钛铝预合金粉末热等静压成形，减小甚至避免金属包套和控型型芯对零件的污染和损坏，降低设备要求。及降低最终热等静压近净成形甚至净成形零件中的氧含量，细化微观组织，提高其力学性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种钛铝预合金粉末置氢与两步除氢热等静压成形方法，该方法包括如下步骤：

(1)对钛铝预合金粉末置氢处理；

(2)将所述置氢后的钛铝预合金粉末装填入金属包套和控型型芯内部，振动紧实；

(3)对所述金属包套和控型型芯第一步抽真空脱氢除气；

(4)对所述除气后的金属包套和控型型芯封焊；

(5)对所述封焊后的金属包套和控型型芯进行热等静压致密化；

(6)去除所述金属包套和控型型芯，得到含一定量氢原子的钛铝合金零件；

(7)对所述含氢原子的钛铝零件第二步真空退火脱氢，使其内部氢原子含量达到允许安全线以下。

优选地，所述置氢处理的温度为600℃～900℃、氢分压为0.1MPa～4Mpa、置氢时间为1～8h。

优选地，所述抽真空温度范围为420℃～600℃。

优选地，所述抽真空保温时间为4～8h。

优选地，所述抽真空和脱氢处理的真空度小于或等于0.001Pa。

优选地，所述热等静压的温度为1000～1160℃、压力为100～200Mpa、保温保压时间为1～4h。

优选地，所述真空退火温度为600～800℃、退火时间为8～48h、真空度小于或等于0.001Pa。