CN103469135A

CN103469135A - 一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法

Info

Publication number: CN103469135A
Application number: CN2013104147176A
Authority: CN
Inventors: 郎泽保; 王亮; 芦振刚; 王�锋; 史金靓
Original assignee: China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology
Current assignee: China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-09-12
Also published as: CN103469135B

Abstract

本发明涉及一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法，制备的高铌TiAl系金属间化合物可替代镍基高温合金等材料用于制造航空航天领域的先进飞行器的耐热结构部件，可获得50％左右的轻质化效果，属于航空航天耐热材料技术领域。本发明的制备的高铌TiAl系金属间化合物的力学性能σb≮800MPa，δ5≮1.0％，在1100℃下，其力学性能：σb≮70MPa，δ5≮8.0％；通过此工艺制备的高铌TiAl系金属间化合物的内部质量达到GJB1580A的A级水平；通过此工艺制备的高铌TiAl系金属间化合物的致密度超过理论密度的99％。

Description

一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法，制备的高铌TiAl系金属间化合物可替代镍基高温合金等材料用于制造航空航天领域的先进飞行器的耐热结构部件，可获得50％左右的轻质化效果，属于航空航天耐热材料技术领域。

背景技术

高铌TiAl系金属间化合物的密度在4.0g/cm³左右，在900～1000℃左右具有优越的高温性能，可以在这个温度区间成为镍基高温合金或合金钢的替代材料，从而使该部件的质量降低50％左右。国内外对高铌TiAl系金属间化合物开展了广泛的研究，但大多集中在高铌TiAl系金属间化合物的合金化、熔炼、铸造及锻造等方面。由于高铌TiAl系金属间化合物的合金化程度较高，容易出现成分及微观组织偏析，进而带来使用性能可靠性的降低，阻碍其在航空航天领域的工程化应用。

粉末冶金工艺在改善材料性能方面具有广泛的用途。现有技术中通过在高铌TiAl系金属间化合物粉末预处理技术、高铌TiAl系金属间化合物粉末真空封装技术以及高铌TiAl系金属间化合物微观组织控制技术等方面的研究，制备出组织均匀、材料致密的高铌TiAl系金属间化合物材料。

发明内容

本发明的目的是为了提出一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法，该方法能够使高铌TiAl系金属间化合物具有细小、均匀的微观组织，并具备较好的综合力学性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法，该化合物中铌元素的摩尔含量不小于5%；以高铌TiAl系金属间化合物预合金粉末为原材料，具体步骤为：

1）通过球磨细化粉末的粒度，提高粉末表面的活性；

2）将粉末装入低碳钢包套中，并在一定温度下对包套抽真空；

3）对抽真空后的包套进行热等静压致密化处理；

4）去除低碳钢包套；

5）将获得的高铌TiAl系金属间化合物毛坯放入石英玻璃包套中，进行固溶时效处理，即可得到具有综合力学性能的高铌TiAl系金属间化合物材料。

有益效果

本发明的制备的高铌TiAl系金属间化合物（以Ti-45Al-8.5Nb-(W,B,Y)为例）的力学性能σb≮800MPa，δ5≮1.0％，在1100℃下，其力学性能：σb≮70MPa，δ5≮8.0％；通过此工艺制备的高铌TiAl系金属间化合物的内部质量达到GJB1580A的A级水平；通过此工艺制备的高铌TiAl系金属间化合物的致密度超过理论密度的99％。

附图说明

图1为TiAl系金属间化合物的金相结构图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明。

实施例1

一种高性能粉末冶金高铌TiAl系金属间化合物Ti-45Al-8.5Nb-0.2W-0.3B-0.02Y（at%）(下面简称为Ti-45Al-8.5Nb-(W,B,Y))的制造方法，包括以下步骤：

（1）将Ti-45Al-8.5Nb-(W,B,Y)预合金粉末和金刚石球磨球一起装入钛合金球磨罐中，并充入氩气和氢气的混合气体，比例在8：1（体积比例），在室温下球磨时间60h。

（2）将球磨后的Ti-45Al-8.5Nb-(W,B,Y)粉末在振动的条件下装入低碳钢包套中，并焊接除气管，将除气管连接到真空机组上进行抽真空。抽真空的工艺为：在室温下除气时间2h，待包套内真空度优于3×10^-3Pa后，将包套升温至260℃，保温3h，待包套内真空度优于4×10^-3Pa后，将包套升温至680℃，保温时间12h，待包套内真空度优于1×10^-3Pa后，人工锻封除气管，切断除气管后用氩弧焊机封闭除气管。

（3）将包套放入热等静压机中进行热等静压致密化，热等静压工艺为：1280±15℃，4h，压力为150MPa。热等静压后即可获得粉末冶金Ti-45Al-8.5Nb-(W,B,Y)材料压坯。

（4）用车加工的方法去除Ti-45Al-8.5Nb-(W,B,Y)压坯外部的低碳钢包套，获得高铌TiAl系金属间化合物毛坯。

（5）将Ti-45Al-8.5Nb-(W,B,Y)毛坯装入石英玻璃包套中，并充入氩气，压力为5MPa，然后将玻璃包套放入加热炉中进行热处理。热处理制度为：第一步，升温至1420℃，保温时间为60min，然后油淬至室温；第二步，升温至980℃，保温时间为48h，最后随炉自然冷却，即可得到具有细小前片层组织的Ti-45Al-8.5Nb-(W,B,Y)材料，其金相结构如图1所示；其室温力学性能按照GB228-2002进行测试，共进行三次试验，第一次测试的拉伸强度为810MPa，屈服强度为760MPa，延伸率为1.2％，面缩率为2.5%；

第二次测试的拉伸强度为827MPa，屈服强度为786MPa，延伸率为1.0％，面缩率为2.0%；

第三次测试的拉伸强度为815MPa，屈服强度为755MPa，延伸率为1.1％，面缩率为2.3%。

Claims

1.一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法，其特征在于步骤为：

1）将高铌铝化钛预合金粉进行球磨；

2）将步骤1）球磨后的高铌铝化钛预合金粉装入低碳钢包套中，并对低碳钢包套抽真空；

3）将步骤2）中的低碳钢包套进行热等静压致密化处理，得到材料压坯；

4）去除步骤3）得到的材料压坯外面的低碳钢包套，得到高铌TiAl系金属间化合物毛坯；

5）将步骤4）得到的高铌TiAl系金属间化合物毛坯放入石英玻璃包套中，进行固溶处理，得到高铌TiAl系金属间化合物材料，其中铌的摩尔含量不小于5%。

2.根据权利要求1所述的一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法，其特征在于：步骤1）中球磨时使用钛合金球磨罐，并借助金刚石对高铌铝化钛预合金粉进行球磨，且钛合金球磨罐中充入体积比为8:1的氩气和氢气的混合气体。

3.根据权利要求1所述的一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法，其特征在于：步骤2）中对低碳钢包套进行抽真空的工艺为：在室温下除气2h，待低碳钢包套内真空度优于3×10^-3Pa后，将低碳钢包套升温至260℃，保温3h，待低碳钢包套内真空度优于4×10^-3Pa后，将低碳钢包套升温至680℃，保温时间12h，最后使低碳钢包套内的真空度优于1×10^-3Pa。

4.根据权利要求1所述的一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法，其特征在于：步骤3）中对低碳钢包套进行热等静压致密化处理的工艺为：温度为1280℃，压力为150MPa，时间为4h。

5.根据权利要求1所述的一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法，其特征在于：步骤4）中用车加工的方法去除低碳钢包套。

6.根据权利要求1所述的一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法，其特征在于：步骤5）中固溶处理的过程为：石英玻璃包套中充入氩气，压力为5MPa，然后将石英玻璃包套放入加热炉中进行热处理，热处理温度为：第一步，升温至1420℃，保温时间为60min，然后油淬至室温；第二步，升温至980℃，保温时间为48h，最后随炉自然冷却。