[发明专利]一种TiAl合金板材“热-电”耦合无包套制备方法

权利要求书

1.一种TiAl合金板材“热-电”耦合无包套制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、称取原料：按各组元的原子百分比，合金组成为 41%~44%的Al、0%~9%的 Nb、0%~9%的V、0%~2%的Cr、0%~4%的Mo、0%~0.5%的X，余量为 Ti 和不可避免的杂质元素，X为B、Y、C、Ni元素的一种或几种；分别称取高纯海绵钛、高纯铝、高纯铬、铝铌合金、铝钼合金、铝钇合金、铝钒合金、高纯镍粉、硼粉和碳粉作为原料；

步骤二、铸锭熔铸：将经步骤一称取的原料加入到水冷铜坩埚真空感应凝壳熔炼炉中熔炼，将熔体浇注到预热后的金属铸型中，得到圆柱形TiAl合金铸锭，铸锭直径≥100mm，铸锭高度≥180mm；

步骤三、坯料预处理一：

a. 将TiAl合金铸锭去除冒口后进行热等静压处理，保温3h~4h，随炉冷却出炉；

b. 对铸锭进行均匀化处理，将铸锭置于真空热处理炉中900℃~1100℃保温24~48h，炉冷；

c. 将热处理后的铸锭去除氧化皮，平整上下端面，采用电火花线切割加工成标准圆柱形块，高径比为1.5:1~2:1，采用砂纸打磨铸锭，粗糙度为Ra 1.6~0.8，随后置于丙酮溶液中超声波清洗5~10min后取出并干燥得到TiAl合金圆柱形坯料；

d. 将TiAl合金圆柱形坯料圆周面及上下端面喷涂高温抗氧化涂料，抗氧化涂料共喷涂两层，每层厚度50μm，每次喷涂完毕在恒温恒湿箱中静置1h;

步骤四、坯料预处理二：

a. 采用厚度8~10mm的石棉毯包覆喷涂有高温抗氧化涂料TiAl合金圆柱形坯料，并在1200℃~1250℃保温30~60min；

b. 采用对开式圆柱状箱式电阻炉将压力机上、下砧台加热至600℃~700℃，将a中保温后的圆柱状坯料夹持至电阻炉腔内，置于上下砧台之间，以0.01~0.05s^-1的应变速率对TiAl合金坯料进行无包套近等温墩粗变形，总变形量为70~80%，墩粗结束后将坯料置于真空热处理炉中900℃~1000℃保温2h，炉冷；

c. 将墩粗后的坯料去除氧化皮，平整表面，切取锻饼芯部加工成标准矩形块，坯料变形前端加工倒角；

d. 采用砂纸打磨矩形坯料，粗糙度为Ra 1.6~0.8，随后置于丙酮溶液中超声波清洗5~10min后取出并干燥；

步骤五、“热-电”耦合轧制：

a. 将步骤四干燥后的TiAl合金坯料在真空箱式热处理炉中1150℃~1200℃保温30~60min；

b. 将TiAl合金坯料从炉中取出，进行“热-电”耦合轧制，轧辊表面温度300℃~600℃，脉冲电流通过配有石墨垫片的铜制导电夹从板坯远离轧制入口通入，轧制速度为0.5~1.5m/s，道次压下率10%~20%，道次回炉保温；

c. 轧后板材在真空热处理炉中900℃~1000℃保温2h，炉冷，得到TiAl合金板材。

2.根据权利要求1所述的一种TiAl合金板材“热-电”耦合无包套制备方法，其特征在于，步骤二中熔炼气氛为氩气气氛，氩气气压0.95~1MPa，氩气的质量纯度为99.99%，熔炼之前采用“抽真空-充氩-抽真空”方式冲洗炉腔三次；铸型材料为低碳钢，预热温度300~500℃，铸型预埋至Al₂O₃或ZrO₂砂中；浇注后随炉冷却。

3.根据权利要求1所述的一种TiAl合金板材“热-电”耦合无包套制备方法，其特征在于，步骤三a中的热等静压处理工艺为1230℃~1260℃，100MPa ~150MPa，氩气气氛保护，氩气的质量纯度为99.99%；步骤三b热处理气氛为氩气气氛，氩气气压0.95~1MPa，氩气的质量纯度为99.99%；步骤三d中高温抗氧化涂料为市售1500℃型成品，静置处理时温度50℃~55℃，湿度50～60%RH。

4.根据权利要求1所述的一种TiAl合金板材“热-电”耦合无包套制备方法，其特征在于，步骤四b中处理气氛为氩气气氛，氩气气压0.95~1MPa，氩气的质量纯度为99.99%；步骤四c中倒角为圆角，角度为45°，半径3~6mm。