CN101011706A - 叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法 - Google Patents
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Abstract
叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法,它涉及制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法,本发明的目的是为解决现有技术不能获得尺寸大、厚度薄的钛合金/TiAl合金复合板材的问题。本发明A(钛箔)与C(铝箔)叠层放置,叠层中至少一层B(钛或钛合金箔,钛或钛合金板材),B或者在叠层的上、下表面,或者放在叠层中间;叠层中,B的相邻层为C,最外层为A或B,A、B和C叠放层数为3层或3层以上;经过包套,先经过在20-750℃低温轧制,再经过750-1300℃高温轧制。本发明避开了TiAl合金塑性较低、加工性能差的技术缺陷,采用塑性及加工性能较好的钛箔及铝箔反应生成TiAl金属间化合物的方法,本发明可以制备大尺寸的钛合金/TiAl合金复合薄板材。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法。
背景技术
TiAl合金(或TiAl金属间化合物)具有密度低、高的比强度和比弹性模量,在高温时仍可以保持足够高的强度和刚度,同时它还具有良好的抗蠕变及抗氧化能力等突出的特点,在航天、航空及汽车等领域具有广泛的应用前景。TiAl合金的使用温度可以达到700~900℃。TiAl合金板材是该种材料实用化过程中最为急需的材料,但是TiAl合金板材室温塑性低、加工性能差等缺点严重阻碍了板材的应用。专利申请号为200510009906.0、公开号为CN1672918A、公开日为2005年9月28日、名称为“一种TiAl金属间化合物~钛合金复合板材及其制备方法”的发明专利申请,公开了一种TiAl合金复合板材的制备方法,该专利申请是采用原始材料为TiAl合金块材和钛合金进行复合轧制得到复合板材,但是由于TiAl合金塑性较低、加工性能差,采用该专利制备大尺寸的钛合金/TiAl合金复合薄板材在轧制过程中容易产生裂纹。因此该种方法不容易得到厚度薄、尺寸大的板材,该方法得到的板材厚度一般大于0.5mm,尺寸小于500×500mm。
发明内容
本发明的目的是为解决现有技术不能获得尺寸大、厚度薄的钛合金/TiAl合金复合板材的问题,提供一种叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法。本发明避开了TiAl合金塑性较低、加工性能差的技术缺陷,采用塑性及加工性能较好的钛箔及铝箔反应生成TiAl金属间化合物的方法,可制备出大尺寸的钛合金/TiAl合金复合薄板材,并且本发明的钛合金/TiAl合金复合板材制备方法工艺简单、制备成本较低,可改善TiAl合金板材室温塑性低、加工性能差的缺点。本发明可以用于制备大尺寸的钛合金/TiAl合金复合板材,与相同工艺制备的TiAl合金板材相比,钛合金/TiAl合金复合板材的综合力学性能可得到显著提高。本发明的技术方案是按以下步骤实现的:一、准备原始材料:原始材料为钛箔(以下简称A)、钛(或钛合金)箔或板材(以下简称B)、铝箔(以下简称C),A的厚度为0.02-0.3mm,B的厚度为0.31-3mm,C的厚度为0.02-0.3mm;二、叠层:A与C叠层放置,叠层中至少一层B,B或者在叠层的上、下表面,或者放在叠层中间;叠层中,B的相邻层为C,最外层为A或B,A、B和C叠放层数为3层或3层以上;三、包套:叠层外采用不锈钢、纯钛或钛合金包套,将叠层放入由不锈钢、纯钛或钛合金板焊接成的立方体容器中,经过抽真空使立方体容器中的真空度小于1Pa,然后焊接密闭;四、轧制:经过包套的整体材料,先经过在20-750℃低温轧制,将整体材料放入加热炉中加热到20-750℃,并保温5-40分钟,然后迅速放入轧机开轧,道次变形量为2-20%,道次间回炉2-25分钟,轧制总变形量为30-70%;再经过750-1300℃高温轧制,将整体材料放入加热炉中加热到750-1300℃,并保温5-40分钟,然后迅速放入轧机开轧,道次变形量为2-20%,道次间回炉2-25分钟,轧制总变形量为30-80%,轧制后整体材料在750-1300℃随炉冷却至400-600℃,再空冷至室温;五、包套去除:采用机加工的方法去除包套,得到钛合金/TiAl合金复合板材。与现有技术相比,本发明的钛合金/TiAl合金复合板材制备方法工艺简单、制备成本较低,而且避开了TiAl合金塑性较低、加工性能差的技术缺陷,采用塑性及加工性能较好的钛箔及铝箔反应生成TiAl金属间化合物的方法,进而得到复合板材,因此本发明得到的钛合金/TiAl合金复合板材厚度可以任意控制,最小厚度可以达到0.2mm,并且复合板材的尺寸大小完全取决于原始钛箔及铝箔的尺寸,最终板材尺寸最大可以达到1000×2000mm,可以制备大尺寸的钛合金/TiAl合金复合薄板材。
附图说明
图1是本发明B设在叠层表面的结构示意图,图2是本发明B设在叠层中间的结构示意图,图3是本发明叠层中设有两层B的结构示意图,图4是Ti/TiAl合金复合板材的结构示意图,图5是钛合金/TiAl合金复合板材的结构示意图,以上附图中,附图标记1是钛箔(简称A),2是钛(或钛合金)箔或板材(简称B),3是铝箔(简称C),4是包套,5是钛合金,6是TiAl合金,7是钛。
具体实施方式
具体实施方式一:(参见图1、图2、图3)本实施方式的技术方案是按以下步骤实现的:一、准备原始材料:原始材料为钛箔(以下简称A)、钛(或钛合金)箔或板材(以下简称B)、铝箔(以下简称C),A的厚度为0.02-0.3mm,B的厚度为0.31-3mm,C的厚度为0.02-0.3mm;二、叠层:A与C叠层放置,叠层中至少一层B,B或者在叠层的上、下表面,或者放在叠层中间;叠层中,B的相邻层为C,最外层为A或B,A、B和C叠放层数为3层或3层以上;三、包套:叠层外采用不锈钢、纯钛或钛合金包套,将叠层放入由不锈钢、纯钛或钛合金板焊接成的立方体容器中,经过抽真空使立方体容器中的真空度小于1Pa,然后焊接密闭;四、轧制:经过包套的整体材料,先经过在20-750℃低温轧制,将整体材料放入加热炉中加热到20-750℃,并保温5-40分钟,然后迅速放入轧机开轧,道次变形量为2-20%,道次间回炉2-25分钟,轧制总变形量为30-70%;再经过750-1300℃高温轧制,将整体材料放入加热炉中加热到750-1300℃,并保温5-40分钟,然后迅速放入轧机开轧,道次变形量为2-20%,道次间回炉2-25分钟,轧制总变形量为30-80%,轧制后整体材料在750-1300℃随炉冷却至400-600℃,再空冷至室温;五、包套去除:采用机加工的方法去除包套,得到钛合金/TiAl合金复合板材。
具体实施方式二:(参见图1、图4)本实施方式的技术方案是这样实现的:准备原始材料:原始材料为钛箔(简称A)、钛板材(简称B)、铝箔(简称C)。A的厚度为0.05mm,B的厚度为1mm,C的厚度为0.05mm。叠层:A与C叠层放置,A与C分别为5层。B为一层,B放置在A与C叠层的下表面。叠层中,B的相邻层为C,最外层上表面为A。上述结构与图1的叠层结构相近。包套:叠层外采用不锈钢包套,包套厚度为2mm。将叠层结构放入由不锈钢板焊接成的立方体容器中,经过抽真空到小于0.2Pa以下,然后焊接密闭。轧制:经过包套的整体材料,先经过在25℃低温(室温)轧制,将整体材料在室温放入轧机开轧。道次变形量为20%,轧制总变形量为50%。再经过950℃高温轧制,将整体材料放入加热炉中加热到950℃,并保温25分钟,然后迅速放入轧机开轧。道次变形量为10%,道次间回炉10分钟,轧制总变形量为40%。轧制后整体材料在950℃随炉冷却至400℃,再空冷至室温。轧制过程中A与C经过元素扩散、反应形成TiAl合金,而TiAl合金与没有反应完全的厚度较大的B复合。轧制后经过机加工去除包套,得到Ti/TiAl合金复合板材,该板材由一层Ti和一层TiAl合金构成。
具体实施方式三:(参见图3、图5)本实施方式的技术方案是这样实现的:准备原始材料:原始材料为钛箔(简称A)、钛合金(Ti-6Al-4V)板材(简称B)、铝箔(简称C)。A的厚度为0.07mm,B的厚度为1.5mm,C的厚度为0.07mm。叠层:A与C叠层放置,A与C分别为8层和7层。B为2层,1层B放置在A与C叠层的下表面,另1层放置在A与C叠层的中间。叠层中,B的相邻层为C,最外层上表面为A。上述结构与图3的叠层结构相近。包套:叠层外采用纯钛包套,包套厚度为2.5mm。将叠层放入由纯钛板焊接成立方体容器中,经过抽真空到小于0.1Pa以下,然后焊接密闭。轧制:经过包套的整体材料,先经过在550℃低温轧制,将整体材料放入加热炉中加热到550℃,并保温30分钟,然后迅速放入轧机开轧。道次变形量为8%,道次间回炉15分钟,轧制总变形量为60%。再经过1000℃高温轧制,将整体材料放入加热炉中加热到1000℃,并保温30分钟,然后迅速放入轧机开轧。道次变形量为10%,道次间回炉15分钟,轧制总变形量为50%。轧制后整体材料在1000℃随炉冷却至500℃,再空冷至室温。轧制过程中A与C经过元素扩散、反应形成TiAl合金,而TiAl合金与没有反应完全的厚度较大的B复合。轧制后经过机加工去除包套,得到钛合金/TiAl合金复合板材,该板材含有两层钛合金,其余为TiAl合金。
Claims (10)
1、叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法,其特征在于叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法是按以下步骤实现的:一、准备原始材料:原始材料为钛箔:以下简称A、钛或钛合金箔,钛或钛合金板材:以下简称B、铝箔:以下简称C,A的厚度为0.02-0.3mm,B的厚度为0.31-3mm,C的厚度为0.02-0.3mm;二、叠层:A与C叠层放置,叠层中至少一层B,B或者在叠层的上、下表面,或者放在叠层中间;叠层中,B的相邻层为C,最外层为A或B,A、B和C叠放层数为3层或3层以上;三、包套:叠层外采用不锈钢、纯钛或钛合金包套,将叠层放入由不锈钢、纯钛或钛合金板焊接成的立方体容器中,经过抽真空使立方体容器中的真空度小于1Pa,然后焊接密闭;四、轧制:经过包套的整体材料,先经过在20-750℃低温轧制,将整体材料放入加热炉中加热到20-750℃,并保温5-40分钟,然后迅速放入轧机开轧,道次变形量为2-20%,道次间回炉2-25分钟,轧制总变形量为30-70%;再经过750-1300℃高温轧制,将整体材料放入加热炉中加热到750-1300℃,并保温5-40分钟,然后迅速放入轧机开轧,道次变形量为2-20%,道次间回炉2-25分钟,轧制总变形量为30-80%,轧制后整体材料在750-1300℃随炉冷却至400-600℃,再空冷至室温;五、包套去除:采用机加工的方法去除包套,得到钛合金/TiAl合金复合板材。
2、根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法,其特征在于A的厚度为0.05mm,B的厚度为1mm,C的厚度为0.05mm。
3、根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法,其特征在于A的厚度为0.07mm,B的厚度为1.5mm,C的厚度为0.07mm。
4、根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法,其特征在于叠层步骤中,A与C叠层放置,A与C分别为5层,B为一层,B放置在A与C叠层的下表面,叠层中,B的相邻层为C,最外层上表面为A。
5、根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法,其特征在于叠层步骤中,A与C叠层放置,A与C分别为8层和7层,B为2层,1层B放置在A与C叠层的下表面,另1层放置在A与C叠层的中间,叠层中,B的相邻层为C,最外层上表面为A。
6、根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法,其特征在于轧制步骤中,道次变形量为20%,轧制总变形量为50%。
7、根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法,其特征在于轧制步骤中,道次变形量为10%,道次间回炉10分钟,轧制总变形量为40%。
8、根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法,其特征在于轧制步骤中,道次变形量为8%,道次间回炉15分钟,轧制总变形量为60%。
9、根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法,其特征在于轧制步骤中,道次变形量为10%,道次间回炉15分钟,轧制总变形量为50%。
10、根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法,其特征在于轧制后整体材料在1000℃随炉冷却至500℃,再空冷至室温。
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