[发明专利]一种用于TiAl合金粉末高温直接锻造成形厚板坯料的方法

说明书

一种用于TiAl合金粉末高温直接锻造成形厚板坯料的方法，属于TiAl合金热加工技术领域；首先将合金粉末填充在按要加工的包套内，依次进行抽真空‑加热保温‑抽真空的处理得到粉末锭坯，将除气口封焊；然后将粉末锭坯放在高温炉中加热到1400～1440℃后保温；再采用锻造机沿粉末锭坯的径向进行锻造，锻造后保压20～30s，粉末锭坯在锻造机上模、下模和包套束缚的作用下，其内合金粉末开始相互碰撞并发生塑性变形后成形；最后，将锻造保压后的粉末锭坯放置在空气中，自然冷却至室温、去除包套。相比于热等静压技术，由于加热时间比较短，析出的PPB颗粒较少，又塑性变形量较大，原有的PPB网络破坏彻底，可以减弱PPB对材料力学性能的不利影响。

技术领域

本发明属于TiAl合金热加工技术领域，具体涉及一种用于TiAl合金粉末高温直接锻造成形厚板坯料的方法。

背景技术

TiAl合金是一种具有极大应用潜力的轻质高温结构材料，在航空航天领域主要应用在发动机叶片和排气阀等部件上。TiAl合金不仅具有较好的抗蠕变性能，而且使用TiAl合金制成的结构件由于在高温下依然具有很强的弹性模量，750℃下能够保持强度和其他性能，所以在服役过程中可以承受高频率震动。再者，TiAl合金的密度低，为4g/cm³，仅为高温镍基合金密度的一半，有望在涡轮发动机中代替镍基高温合金达到减重20％～30％的效果。

然而，目前TiAl基合金仍未实现工业化的原因在于：一方面是TiAl基合金的室温延展性低、热加工成形性差,采用普通的冷热加工成形工艺技术不能制备出形状、尺寸精度合格的复杂产品。另一方面是处于单晶或者多晶状态的γ-TiAl基合金都具有室温脆性，断裂前几乎不表现塑性，在热加工和后续热处理过程中，单相γ-TiAl合金具有极其敏感的晶粒长大倾向。经过一系列的研究发现，采用快速凝固和粉末冶金方法制备的TiAl合金的显微组织均匀，且品粒细小，同时克服了TiAl合金高温变形能力差的缺点,使其能够在苛刻的条件下使用。

目前TiAl基合金的制备主要采用铸造冶金法和粉末冶金法。铸造冶金法虽具有成本低且工艺简单的优点，但是通过铸造冶金法所得组织的晶粒较粗大，且可能存在缩孔、缩松及内部缺陷，导致合金的学性能偏低。尽管采用定向凝固法可以获得单向性能良好的合金，但由于TiAl合金熔体的化学活性很高，在高温下易与模壳材料发生反应，引起合金表面及内部的污染，恶化合金的性能。粉末冶金法在消除铸造缺陷、均匀显微组织和成分以及近净成形等具有显著优势，目前用于粉末直接成形的方法中，热等静压法受到了很多研究者的青睐，但热等静压技术目前也存在一些不足，虽然热等静压工艺得到的合金能够迅速致密化，但高温高压下形成的合金却是一种非稳定状态，通常需要经过一定时间的热处理，使非稳定状态的TiAl合金充分反应而转变成为稳定的TiAl物相后，才能在工业中得到应用。

此外，一个值得关注的问题是：由于制粉冷却过程中在粉末表层会存在一定的元素偏析,同时还会在表面生成一些氧化物质点。在热等静压(HIP)过程中,由于长时间的加热，沿合金原始粉末颗粒边界能够析出一部分碳化物或碳氧化物，这些析出物具有较高的高温强度,在HIP过程中一般不会变形或破碎,最终导致合金锭坯组织中保留有未变形的颗粒形貌,即所谓的原始颗粒边界(PPB)，原始颗粒边界的析出相十分稳定，由于碳化物和氧化物的固溶线温度较高，会阻碍热等静压时金属颗粒间的扩散和连接，且在随后的热处理中很难消除。PPB网格虽然在高温下有很高的强度，但塑性很差，可能会形成潜在的裂纹源，导致合金的力学性能降低。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于TiAl合金粉末高温直接锻造成形厚板坯料的方法，通过高温加热、保温、锻造的工艺步骤，实现对材料合金组织的改善、并减小原始颗粒边界对材料性能的影响、极大程度地提高生产效率及降低成本。

本发明的技术方案是：一种用于TiAl合金粉末高温直接锻造成形厚板坯料的方法，具体步骤如下: