AlNb粉末合金近凈成形工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于輕質(zhì)高強(qiáng)鈦鋁金屬間化合物的粉末冶金成型技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高致密Ti2AlNb粉末合金近凈成形工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]Ti2AlNb是以有序正交結(jié)構(gòu)O相為基礎(chǔ)的金屬間化合物合金，成分通常在T1-(18-30)Al-(12.5-30)Nb范圍，并含有少量的Mo、V和Ta等合金元素。由于長(zhǎng)程有序的超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)減弱了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和高溫?cái)U(kuò)散，因而該合金不僅具有較高的比強(qiáng)度、比剛度，還有高溫蠕變抗力、斷裂韌性高、抗氧化性好、熱膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)，因此它已經(jīng)成為最具潛力的新型航空航天用輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料。
[0003]Ti2AlNb合金化程度高，在熔煉過(guò)程中易出現(xiàn)宏觀成分偏析，在凝固過(guò)程中易出現(xiàn)縮孔、疏松等鑄造缺陷，室溫塑性低且離散度大。目前制備Ti2AlNb合金構(gòu)件的主要方法為鑄錠熱變形+機(jī)加工的方法，鍛造遺傳組織分布不均勻易導(dǎo)致后續(xù)機(jī)加工產(chǎn)生裂紋。采用粉末熱等靜壓工藝能夠解決熔鑄Ti2AlNb合金宏觀成分偏析、微觀組織不均勻以及難加工等問(wèn)題，突破了鑄錠尺寸和熱變形設(shè)備的局限對(duì)變形Ti2AlNb合金形狀及尺寸的限制，可以成型大尺寸復(fù)雜構(gòu)件，且成分均勻，組織細(xì)小，致密化程度高，性能一致性好。本發(fā)明使用的Ti2AlNb合金粉末為采用等離子旋轉(zhuǎn)電極工藝制得的球形粉末，其具有粒度細(xì)、雜質(zhì)少、球形度高、流動(dòng)性好、氧含量低等優(yōu)點(diǎn)，能夠進(jìn)一步提高粉末熱等靜壓工藝制得的Ti2AlNb合金的綜合性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高性能Ti2AlNb粉末合金的成型工藝，解決了粉末熱等靜壓成型能夠解決傳統(tǒng)工藝制備Ti2AlNb合金過(guò)程中的偏析、缺陷、難以加工的問(wèn)題，具有各向同性的特點(diǎn)，致密化程度高，組織、成分均勻，性能優(yōu)異且一致性好的特點(diǎn)，能夠滿足航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用要求。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種高致密Ti2AlNb粉末合金近凈成形工藝，包括以下步驟:
1)按照打241恥基合金的成分為配料，按重量百分比41:5-2(^%，恥:20-5(^%，其余Ti為基體，添加0-25wt°/c^Mo、Ta、V、S1、Zr、W、V合金元素，并熔煉成Ti2AlNb合金棒；
2)將精車后的Ti2AlNb合金棒裝入等離子旋轉(zhuǎn)電極制粉設(shè)備中，在惰性氣體保護(hù)下將合金棒制成Ti2AlNb球形粉末；
3)將制得的Ti2AlNb球形粉末裝入不銹鋼或低碳鋼包套中，裝粉過(guò)程中振動(dòng)包套，使粉末達(dá)到振實(shí)狀態(tài)；
4)對(duì)裝入Ti2AlNb球形粉末并振實(shí)的包套進(jìn)行除氣工藝，除氣溫度為100-500°C，真空度為 10—4-10—2Pa;
5)對(duì)除氣后的包套進(jìn)行熱等靜壓成型，升溫升壓方式為同時(shí)升溫升壓或先升溫后升壓，熱等靜壓參數(shù)為:溫度為600-1200 0C，壓力為50-200MPa ；
所述的惰性氣體采用氦氣或氬氣。
[0006]所述的Ti2AlNb粉末合金具有各向同性的特點(diǎn)，致密度大于99.5%，成分、組織均勻，性能一致性好，其力學(xué)性能為:屈服強(qiáng)度大于850MPa，抗拉強(qiáng)度大于970MPa，斷后伸長(zhǎng)率大于6%，并可通過(guò)不同形狀和尺寸的包套實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀和大尺寸Ti2AlNb合金的近凈成形，能夠滿足航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
[0007]本發(fā)明的有益效果在于:
使用等離子旋轉(zhuǎn)電極制粉工藝制得的優(yōu)質(zhì)Ti2AlNb合金粉末進(jìn)行包套熱等靜壓近凈成形，獲得的Ti2AlNb粉末合金致密度大于99.5%，成分、組織均勻，性能一致性好，其力學(xué)性能為:屈服強(qiáng)度大于850MPa，抗拉強(qiáng)度大于970MPa，斷后伸長(zhǎng)率大于6%，并可通過(guò)不同形狀和尺寸的包套實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀和大尺寸Ti2AlNb合金的近凈成形，能夠滿足航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
[0008]該方法制得的Ti2AlNb粉末合金具有各向同性的特點(diǎn)，致密度化程度高，組織、成分均勻，力學(xué)性能優(yōu)異，并能實(shí)現(xiàn)大尺寸和復(fù)雜形狀。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0010]實(shí)施例1
一種高致密Ti2AlNb粉末合金近凈成形工藝，包括以下步驟:
1)按照Ti2AlNb基合金的成分為配料，T1: 47.I wt%，Al:10.6wt%，Nb: 41.3wt%，Mo:I.0wt%，并熔煉成Ti2AlNb合金棒；
2)將精車后的Ti2AlNb合金棒裝入等離子旋轉(zhuǎn)電極制粉設(shè)備中，在氦氣或氬氣等惰性氣體保護(hù)下將合金棒制成Ti2AlNb球形粉末；
3)將制得的Ti2AlNb球形粉末裝入不銹鋼包套中，裝粉過(guò)程中振動(dòng)包套，使粉末達(dá)到振實(shí)狀態(tài)；
4)對(duì)裝入Ti2AlNb球形粉末并振實(shí)的包套進(jìn)行除氣工藝，除氣溫度為230°C，真空度為8.6*10—3Pa;
5)對(duì)除氣后的包套進(jìn)行熱等靜壓成型，升溫升壓方式為先升溫后升壓，熱等靜壓參數(shù)為:溫度為1100°C，壓力為170MPa;
所述的Ti2AlNb球形粉末致密度為99.9%，屈服強(qiáng)度852MPa，抗拉強(qiáng)度978MPa，斷后伸長(zhǎng)率 11%。
[0011]實(shí)施例2
一種高致密Ti2AlNb粉末合金近凈成形工藝，包括以下步驟:
1)按照Ti2AlNb基合金的成分為配料，T1: 39.64wt%，Al: 9.64wt%，Nb: 30.16wt%，Ta:20.56wt%，并熔煉成Ti2AlNb合金棒；
2)將精車后的Ti2AlNb合金棒裝入等離子旋轉(zhuǎn)電極制粉設(shè)備中，在氦氣或氬氣等惰性氣體保護(hù)下將合金棒制成Ti2AlNb球形粉末；
3)將制得的Ti2AlNb球形粉末裝入低碳鋼包套中，裝粉過(guò)程中振動(dòng)包套，使粉末達(dá)到振實(shí)狀態(tài)； 4)對(duì)裝入Ti2AlNb球形粉末并振實(shí)的包套進(jìn)行除氣工藝，除氣溫度為170°C，真空度為9.7*10—3Pa;
5)對(duì)除氣后的包套進(jìn)行熱等靜壓成型，升溫升壓方式為同時(shí)升溫升壓，熱等靜壓參數(shù)為:溫度為1040°C，壓力為140MPa;
所述的Ti2AlNb球形粉末致密度為99.8%，屈服強(qiáng)度869MPa，抗拉強(qiáng)度大于1013MPa，斷后伸長(zhǎng)率9%。
[0012]實(shí)施例3
一種高致密Ti2AlNb粉末合金近凈成形工藝，包括以下步驟:
1)按照Ti2AlNb基合金的成分為配料，Al: 10.08wt%，Nb: 44.35wt%，T1: 45.57wt%，并熔煉成Ti2AlNb合金棒；
2)將精車后的Ti2AlNb合金棒裝入等離子旋轉(zhuǎn)電極制粉設(shè)備中，在氦氣或氬氣等惰性氣體保護(hù)下將合金棒制成Ti2AlNb球形粉末；
3)將制得的Ti2AlNb球形粉末裝入低碳鋼包套中，裝粉過(guò)程中振動(dòng)包套，使粉末達(dá)到振實(shí)狀態(tài)；
4)對(duì)裝入Ti2AlNb球形粉末并振實(shí)的包套進(jìn)行除氣工藝，除氣溫度為120°C，真空度為1.1*10—2Pa;
5)對(duì)除氣后的包套進(jìn)行熱等靜壓成型，升溫升壓方式為同時(shí)升溫升壓，熱等靜壓參數(shù)為:溫度為980°C，壓力為IlOMPa;
所述的Ti2AlNb粉末合金致密度為99.6%，屈服強(qiáng)度881MPa，抗拉強(qiáng)度大于1089MPa，斷后伸長(zhǎng)率7%。
[0013]所述的Ti2AlNb粉末合金具有各向同性的特點(diǎn)，組織、成分均勻，性能一直性好，能夠滿足航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高致密Ti2AlNb粉末合金近凈成形工藝，其特征在于，包括以下步驟: 1)按照Ti2AlNb基合金的成分為配料，按重量百分比，Al:5-20wt%，Nb: 20-50wt%，其余Ti為基體，添加0-25wt°/c^Mo、Ta、V、S1、Zr、W、V合金元素，并熔煉成Ti2AlNb合金棒； 2)將精車后的Ti2AlNb合金棒裝入等離子旋轉(zhuǎn)電極制粉設(shè)備中，在惰性氣體保護(hù)下將合金棒制成Ti2AlNb球形粉末； 3)將制得的Ti2AlNb球形粉末裝入不銹鋼或低碳鋼包套中，裝粉過(guò)程中振動(dòng)包套，使粉末達(dá)到振實(shí)狀態(tài)； 4)對(duì)裝入Ti2AlNb球形粉末并振實(shí)的包套進(jìn)行除氣工藝，除氣溫度為100-500°C，真空度為 I O—4-10—2Pa; 5)對(duì)除氣后的包套進(jìn)行熱等靜壓成型，升溫升壓方式為同時(shí)升溫升壓或先升溫后升壓，熱等靜壓參數(shù)為:溫度為600-1200 0C，壓力為50-200MPa。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高致密Ti2AlNb粉末合金近凈成形工藝，其特征在于，所述的惰性氣體采用氦氣或氬氣。
【專利摘要】<b>一種高致密</b><b>Ti2AlNb</b><b>粉末合金近凈成形工藝</b>，包括以下步驟：1）按照Ti2AlNb基合金的成分為配料，熔煉成Ti2AlNb合金棒；2）將精車后的合金棒裝入等離子旋轉(zhuǎn)電極制粉設(shè)備中，在惰性氣體保護(hù)條件下將Ti2AlNb合金棒制成Ti2AlNb球形粉末；3）將制得的Ti2AlNb球形粉末裝入不銹鋼或低碳鋼包套中；4）對(duì)裝入Ti2AlNb球形粉末并振實(shí)的包套進(jìn)行除氣；5）對(duì)除氣的包套進(jìn)行熱等靜壓成型；該方法制得的Ti2AlNb粉末合金具有各向同性的特點(diǎn)，致密度化程度高，組織、成分均勻，力學(xué)性能優(yōu)異，并能實(shí)現(xiàn)大尺寸和復(fù)雜形狀的Ti2AlNb合金部件。
【IPC分類】C22C1/04, C22C30/00, B22F3/15, B22F9/10
【公開號(hào)】CN105665729
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610219827
【發(fā)明人】左振博, 趙霄昊, 韓志宇, 王慶相, 梁書錦, 張平祥, 閆飛, 相敏, 王 琦, 莫茗焜
【申請(qǐng)人】西安歐中材料科技有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年4月11日