一种预热压复合及包套热轧制备TiAl/Ti合金层状复合板材的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种制备合金层状复合板材的方法。
【背景技术】
[0002]新型航空、航天器及其发动机的一些主要构件的工况已接近常规高温材料的使用极限，要进一步提高飞行器的性能，就迫切需要选用轻质、耐高温和综合性能优良的新型高温结构材料，以及采用更可靠、更优化的新工艺和新结构。
[0003]但是由于TiAl合金的本征特性，属于难热塑性变形材料，板材乳制相关的约束条件较多，乳制过程中材料的热应变状态也非常复杂，容易开裂，得到大尺寸、高质量板材非常困难。制备技术上的瓶颈阻碍了 TiAl合金板材的工程化应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是要解决现有TiAl合金板材乳制相关的约束条件较多，乳制过程中材料的热应变状态也非常复杂，容易开裂，得到大尺寸、高质量板材非常困难的问题，而提供一种预热压复合及包套热乳制备TiAl/Ti合金层状复合板材的方法。
[0005]—种预热压复合及包套热乳制备TiAl/Ti合金层状复合板材的方法，具体是按以下步骤完成的:
[0006]—、原材料准备:准备TiAl合金；准备纯钛或钛合金；
[0007]步骤一中所述TiAl合金的名义化学成分为T1-(40?44.5)A1_(0.5?10)X-(0.1?2)Z(at% )，其中X为beta相稳定元素，Z为微合金化元素；
[0008]步骤一中所述的TiAl合金是通过熔铸或高温锻造方法制备的；
[0009]步骤一中所述的纯钛或钛合金是通过熔铸或高温锻造方法制备的；
[0010]二、切割加工:
[0011]对步骤一准备的TiAl合金和纯钛或钛合金进行线切割和倒圆角，得到预制TiAl合金板坯和预制纯钛或钛合金板坯；所述预制TiAl合金板坯的表面光洁度为Ra6?Ra8 ；所述预制纯钛或钛合金板还的表面光洁度为Ra6?Ra8 ；
[0012]步骤二中所述的预制TiAl合金板还的长为1mm?500mm，宽为1mm?500mm，厚度为 0.3mm ?30mm ；
[0013]步骤二中所述的预制纯钛或钛合金板还的长为1mm?500mm，宽为1mm?500mm,厚度为 0.3mm ?30mm ；
[0014]三、热压复合:将预制TiAl合金板坯与预制纯钛或钛合金板坯进行叠放；叠放方式为:以预制TiAl合金板坯/预制纯钛或钛合金板坯的方式交替叠放预制TiAl合金板坯和预制纯钛或钛合金板坯至2n+l层，得到最终堆叠板坯；其中，η为I?50的整数；最终堆叠板坯的两侧为预制TiAl合金板坯；将最终堆叠板坯置于石墨模具中，在室温及真空度为0.0lPa?IPa下，将石墨模具真空脱气，然后以升温温度为10°C /min?200°C /min，将真空脱气后的石墨模具升温至1000°C?1300°C，在温度为1000°C?1300°C及压力为IMPa?200MPa下，将石墨模具在热压机上加热加压2min?180min，随炉冷却，得到预乳制复合还料；
[0015]四、包套:
[0016]将步骤三得到的预乳制复合坯料放入包套中，再进行封焊，得到封焊后包有预乳制复合坯料的包套；
[0017]步骤四中所述的包套为不锈钢包套、纯钛包套或钛合金包套；
[0018]五、高温包套乳制:
[0019]将步骤四得到的封焊后包有预乳制复合坯料的包套放入加热炉中，再将加热炉从室温升温至1000°C?1350 °C，再在温度为1000°C?1350°C下保温5min?120min，再将温度为1000°C?1350 °C封焊后包有预乳制复合坯料的包套放置在乳机上，在乳制速率为0.0 lm/s?2.5m/s、道次变形量为5%?40%、乳制总变形量为30%?90%和道次回炉温度为1000°C?1350°C下，保温5min?60min的条件下进行乳制，得到乳件；再将乳件放置在温度为1000°C?1350°C的加热炉内，再关掉加热炉的电源，乳件自然冷至100 °C?600°C，再将温度为100°C?600°C乳件从加热炉中取出，自然冷却至室温，得到包有预制板坯的包套乳件；
[0020]六、去除包套:
[0021]采用机械加工方法去除步骤五中得到的包有预制板坯的包套乳件的包套，得到TiAl/Ti合金层状复合板材。
[0022]本发明的优点:
[0023]本发明引入钛合金作为增韧相，可以提高复合板材的室温塑性和韧性，有利于制备出更大尺寸的TiAl板材。同时TiAl合金的耐高温性和耐蚀性又很好的掩盖了钛合金的缺陷。采用热压复合工艺后，可以有效的减少氧化夹杂物，提高板材的力学性能。
[0024]本发明获得的TiAl/Ti合金板材的尺寸为220mmX80mmX (I?5)mm，室温抗拉强度为1150MPa，室温塑性为4?5%。700°C抗拉强度可达850MPa，700°C塑性为12?16%。
[0025]本发明可获得一种预热压复合及包套热乳制备TiAl/Ti合金层状复合板材的方法。
【具体实施方式】
[0026]【具体实施方式】一:本实施方式是一种预热压复合及包套热乳制备TiAl/Ti合金层状复合板材的方法，具体是按以下步骤完成的:
[0027]—、原材料准备:准备TiAl合金；准备纯钛或钛合金；
[0028]步骤一中所述TiAl合金的名义化学成分为T1- (40?44.5) Al-(0.5?10)X-(0.1?2)Z(at% )，其中X为beta相稳定元素，Z为微合金化元素；
[0029]步骤一中所述的TiAl合金是通过熔铸或高温锻造方法制备的；
[0030]步骤一中所述的纯钛或钛合金是通过熔铸或高温锻造方法制备的；
[0031]二、切割加工:
[0032]对步骤一准备的TiAl合金和纯钛或钛合金进行线切割和倒圆角，得到预制TiAl合金板坯和预制纯钛或钛合金板坯；所述预制TiAl合金板坯的表面光洁度为Ra6?Ra8 ；所述预制纯钛或钛合金板还的表面光洁度为Ra6?Ra8 ；
[0033]步骤二中所述的预制TiAl合金板还的长为1mm?500mm，宽为1mm?500mm，厚度为 0.3mm ?30mm ；
[0034]步骤二中所述的预制纯钛或钛合金板还的长为1mm?500mm，宽为1mm?500mm,厚度为 0.3mm ?30mm ；
[0035]三、热压复合:将预制TiAl合金板坯与预制纯钛或钛合金板坯进行叠放；叠放方式为:以预制TiAl合金板坯/预制纯钛或钛合金板坯的方式交替叠放预制TiAl合金板坯和预制纯钛或钛合金板坯至2n+l层，得到最终堆叠板坯；其中，η为I?50的整数；最终堆叠板坯的两侧为预制TiAl合金板坯；将最终堆叠板坯置于石墨模具中，在室温及真空度为0.0lPa?IPa下，将石墨模具真空脱气，然后以升温温度为10°C /min?200°C /min，将真空脱气后的石墨模具升温至1000°C?1300°C，在温度为1000°C?1300°C及压力为IMPa?200MPa下，将石墨模具在热压机上加热加压2min?180min，随炉冷却，得到预乳制复合还料；
[0036]四、包套:
[0037]将步骤三得到的预乳制复合坯料放入包套中，再进行封焊，得到封焊后包有预乳制复合坯料的包套；
[0038]步骤四中所述的包套为不锈钢包套、纯钛包套或钛合金包套；
[0039]五、高温包套乳制:
[0040]将步骤四得到的封焊后包有预乳制复合坯料的包套放入加热炉中，再将加热炉从室温升温至1000°C?1350 °C，再在温度为1000°C?1350°C下保温5min?120min，再将温度为1000°C?1350 °C封焊后包有预乳制复合坯料的包套放置在乳机上，在乳制速率为0.0 lm/s?2.5m/s、道次变形量为5%?40%、乳制总变形量为30%?90%和道次回炉温度为1000°C?1350°C下，保温5min?60min的条件下进行乳制，得到乳件；再将乳件放置在温度为1000°C?1350°C的加热炉内，再关掉加热炉的电源，乳件自然冷至100 °C?600°C，再将温度为100°C?600°C乳件从加热炉中取出，自然冷却至室温，得到包有预制板坯的包套乳件；
[0041]六、去除包套:
[0042]采用机械加工方法去除步骤五中得到的包有预制板坯的包套乳件的包套，得到TiAl/Ti合金层状复合板材。
[0043]【具体实施方式】的有益效果:
[0044]本【具体实施方式】引入钛合金作为增韧相，可以提高复合板材的室温塑性和韧性，有利于制备出更大尺寸的TiAl板材。同时TiAl合金的耐高温性和耐蚀性又很好的掩盖了钛合金的缺陷。采用热压复合工艺后，可以有效的减少氧化夹杂物，提高板材的力学性能。
[0045]本【具体实施方式】获得的TiAl/Ti合金板材的尺寸为220mmX80mmX (I?5)mm，室温抗拉强度为1150MPa，室温塑性为4?5%。700°C抗拉强度可达850MPa，700°C塑性为12 ?16%。
[0046]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同点是:步骤一中所述的beta相稳定元素为Mo、Cr、Nb、V、W、Fe和Mn中的一种或其中几种的混合。其他步骤与【具体实施方式】一相同。
[0047]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同点是:步骤一中所述的微合金化元素为B、C和Y中的一种或其中几种的混合。其他步骤与【具体实施方式】一或二相同。
[0048]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同点是:步骤五中将步骤四得到的封焊后包有预乳制复合坯料的包套放入加热炉中，再将加热炉从室温升温至1000°C?1350°C，再在温度为1000 °C?1350°C下保温5min?lOOmin，再将温度