[发明专利]一种球形Ti3Al/TiAl双相合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双相合金及其制备方法。

背景技术

TiAl金属间化合物由于具有优异的高温强度和相当低的比重等优点，成为了一种极具潜力的低比重高温结构材料，因此在航空航天发动机、能源以及汽车工业等领域内具有广阔应用前景。然而，TiAl合金室温塑性低以及高温变形能力不足等缺点成为其工程化应用的最大障碍。

目前，为了避开了TiAl合金的本质脆性和难热加工变形的问题，可以采用将Ti和Al金属的复合体先加工成形，再反应合成制备出TiAl合金成型构件。常用的元素粉法制备TiAl基合金板材，是采用塑性良好的Ti，Al元素粉和其它合金元素粉末，经过混合、压制、挤压和轧制等过程成形为混合粉板材，再进行反应合成制备TiAl基合金板材。虽然解决了加工成型难的问题，但是却引起了制品中氧含量和杂质含量高，烧结性能差，致密度低等一系列问题的产生。

新近采用的压力浸渗法虽然可以获得变形性能良好的Ti和Al的复合体，并且其很容易获得所需要的复合体构件，但是必须严格控制浸渗温度避免Ti和Al在浸渗过程中反应生成过多的脆性相。同时，在后续固态或液态热处理过程中，由于Ti和Al反应的柯肯达尔效应，很容易产生空隙，并难于消除；如果加压液相热处理，铝液很容易挤出，TiAl合金成分难以控制。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有TiAl合金成分难以控制、氧含量、杂质含量高以及烧结性能差的问题，而提供了一种球形Ti₃Al/TiAl双相合金及其制备方法。

本发明的一种球形Ti₃Al/TiAl双相合金是由Ti和Al组成，其中所述的Ti和Al的质量比为65~68:32~35。

本发明的一种球形Ti₃Al/TiAl双相合金的制备方法是按照以下步骤进行的：一、按Ti和Al质量比为65~68:32~35的比例混合后，放入真空热压烧结炉中，在浸渗温度为660℃~720℃的条件下，浸渗0.5~3h，得Ti-Al-TiAl₃三相复合体；二、将步骤二得到的Ti-Al-TiAl₃三相复合体放入真空热压烧结炉中，将真空热压烧结炉温度升至1100℃～1400℃，加压至40~80MPa，保温0.5~2h，然后随炉冷却，即得球形Ti₃Al/TiAl双相合金。

本发明包含以下有益效果：

1、本发明解决了TiAl双相合金难以热加工成形的关键问题。本发明分布在TiAl中适量的、变形性好的、球形的Ti₃Al，可以显著改变TiAl双相合金的热加工性能。无论是与全片层组织还是与双态组织的TiAl双相合金相比较，球形Ti₃Al/TiAl双相合金高温变形能力是最佳的，可以避免直接对脆性TiAl双相合金热加工困难，杂质含量高，烧结性能差的问题。

2、本发明仅使用真空热压烧结炉一台设备就可以制备出致密度高、热加工性能良好的双相TiAl合金，其致密度高于98％，工艺简单，操作容易，制备周期短，制作成本低。采用本发明的高温热加工性能好的材料，可以在低于1000℃下的变形温度进行棒材、板材和构件的热加工成型，从而降低能耗和制备成本，具有巨大的市场前景。

3、本发明实现对TiAl合金成分的可控，并获得高致密的双相TiAl合金。通过真空热压烧结炉浸渗制备Ti-Al-TiAl₃三相复合体，从而实现新生成的TiAl₃相将Al相完全包围的目的，从而被封闭的铝在液相加压反应烧结中也不会被挤出，最终获得高致密的球形Ti₃Al/TiAl双相合金。因此，避免了Ti和Al金属复合体“先加工成形、后烧结处理”方法中空隙消除难、铝相含量难以控制的缺点。

附图说明

图1为Ti-Al-TiAl₃三相复合体的金相图片；

图2为Ti₃Al/TiAl双相合金的金相图片；

图3为Ti₃Al/TiAl双相合金应力-应变曲线图；

图4为Ti₃Al/TiAl双相合金被的形貌图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式的一种球形Ti₃Al/TiAl双相合金是由Ti和Al组成，其中所述的Ti和Al的质量比为65~68:32~35。