[发明专利]一种Ti2AlNb合金粉末的热等静压工艺

说明书

本发明公开了一种Ti₂AlNb合金粉末的热等静压工艺，属于粉末冶金钛合金领域。该工艺首先将装有Ti₂AlNb粉末的包套放入热等静压设备中进行第一阶段的低温保压处理，以使材料致密化；然后继续加热，使包套随炉升温至热等静压温度T2并保温一段时间，以使材料组织均匀；停止加热，随炉冷却至室温，获得Ti₂AlNb合金构件。本发明可以提高粉末Ti₂AlNb合金复杂构件各部位的致密度，从而提高粉末Ti₂AlNb合金的持久寿命。

技术领域

本发明涉及粉末冶金钛合金技术领域，具体涉及一种Ti₂AlNb合金粉末的热等静压工艺。

背景技术

Ti₂AlNb合金是以正交结构O相为主要组成相的Ti-Al系金属间化合物合金，在650～750℃具有优异的强度、断裂韧性、抗蠕变性能，且具有较低的密度和良好的抗氧化能力，因此Ti₂AlNb合金在航空发动机热端部件有着很强的应用潜力。Ti₂AlNb合金复杂构件目前主要采用精密铸造或者分体锻造+焊接的成形工艺，精密铸造存在难以彻底解决的缩孔、疏松、成分偏析等铸造缺陷，造成废品率高，超差使用普遍；锻造结合焊接方法存在材料利用率低、焊接接头存在开裂风险，难以满足现代航空发动机高可靠性和减重的要求。

近些年来，随着制粉技术和粉末近净成形技术的发展，采用热等静压近净成形工艺能够解决铸造和变形Ti₂AlNb合金宏观成分偏析和微观组织不均匀等问题，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材料成分、微观组织均匀、性能一致性好。通过Micro-CT分析发现，Ti₂AlNb锻造时易导致Al和Nb等合金元素沿锻造流线方向偏析，而粉末冶金合金无明显成分偏析。

但用粉末冶金工艺制备的粉末Ti₂AlNb合金也有其自身的缺点，如制备大尺寸复杂构件时出现致密度不均匀的现象，粉末合金持久寿命较锻造合金偏低，大尺寸复杂构件本体性能与试棒性能存在散差。为了粉末Ti₂AlNb合金的高温持久寿命，国内外的科研人员发展了一系列的方法，这主要包括：在粉末热等静压固结后，采用挤压、等温锻造、环形轧制等工艺对粉末坯料进行大变形量的变形以改善粉末合金的相分布和均匀性；毫无疑问，这些方法都限制了材料的应用领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ti₂AlNb合金粉末的热等静压工艺，该工艺可以直接通过热等静压成形获得持久性能优良的粉末Ti₂AlNb合金坯料。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种Ti₂AlNb合金粉末的热等静压工艺，该工艺包括如下步骤：

(1)准备Ti₂AlNb洁净预合金粉末，将粉末进行筛分以得到尺寸小于或等于250微米的粉末，将筛分出的粉末装入碳钢或不锈钢包套中，高温除气并封焊；

(2)低温保压处理：将步骤(1)获得的装有粉末的包套放入热等静压设备中，以同时升温升压或先升温后升压的方式达到预定温度T1 和压力F1后进行低温保压处理，以保证材料组织致密化；

(3)热等静压处理：经步骤(2)低温保压处理后，继续加热，使包套随炉升温至热等静压温度T2并保温一段时间，以保证材料组织均匀；

(4)停止加热，随炉冷却至室温，获得Ti-Al系合金构件。