[发明专利]一种Ti-Al系合金的粉末冶金致密化无压烧结方法

说明书

本发明属于合金技术领域，具体涉及一种Ti‑Al系合金的粉末冶金致密化无压烧结方法。本发明提供了一种Ti‑Al系合金的粉末冶金致密化无压烧结方法，本发明采用程序升温的方式进行无压烧结，通过在烧结的不同升温阶段采用不同的保护气氛和气体流速，能够得到致密度较高的Ti‑Al系合金。实施例结果表明，本发明制备的Ti‑Al系合金致密度高达98％以上；准静态压缩强度达到1100MPa以上，临界破坏应变超过0.4。另外，本发明提供的粉末冶金无压烧结方法生产成本低，可以实现Ti‑Al系合金异形件的批量化生产。

技术领域

本发明属于合金技术领域，具体涉及一种Ti-Al系合金的粉末冶金致密化无压烧结方法。

背景技术

Ti-Al系合金具有比强度高、高温强度高、高温塑性好以及抗蠕变性能优异等特点，是在600～800℃条件下服役的非常有潜力的轻质结构材料，可用于航空、航天发动机零部件的制造生产。

目前，Ti-Al系合金零部件的制备方法主要包括：熔炼铸造和粉末冶金，熔炼铸造具体包括铸锭冶金和精密铸造两种方式，其中铸锭冶金是先熔炼得到Ti-Al系合金铸锭，然后对铸锭进行热加工和热处理，最后通过机加工的方式从铸锭中掏取零部件；精密铸造是先制备出接近零部件形状的型模，将熔炼好的Ti-Al系合金液体浇铸到型模内，对得到的零件毛坯进行热处理，最后机加工得到。其中，铸锭冶金配合车削掏取的方法虽然可以获得组织致密均匀的零部件，但锻造工艺成本较高，且车削掏取会造成严重的材料浪费，因此，不适用于Ti-Al系合金零部件的大批量工业化生产；而精密铸造虽然避免了材料大量浪费的问题，但由于Ti-Al系合金熔融液体在异形铸模中流动性不足，制得的零部件质量均一性不够理想，成品率不高，目前规模化生产也面临较大困难。

粉末冶金法是以金属粉末作为原料，经过成型和烧结工艺，制造金属材料零部件的技术。根据成型烧结工艺的不同，粉末冶金法主要包括放电等离子烧结和热等静压烧结，两者都是在一定压力下烧结，可以制备出高致密度的Ti-Al系合金。但是，放电等离子烧结只能生产特定形状的小块材料，难以制备复杂形状的大体积零部件；热等静压烧结需要制备特定形状的包套，生产成本较高。冷等静压+无压烧结技术可以实现各种尺寸的异形件的批量化生产，但现有冷等静压+无压烧结技术制备出的Ti-Al系合金，材料致密度低，约为90～94％，无法满足产品的使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ti-Al系合金的粉末冶金致密化无压烧结方法，本发明提供的无压烧结方法能够克服Ti-Al系合金产品生产工艺复杂，成本高的缺陷，实现Ti-Al系合金的高致密度、低成本批量化生产，以满足先进航空发动机零部件对轻质Ti-Al系合金材料的需求。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种Ti-Al系合金的粉末冶金致密化无压烧结方法，包括以下步骤：

(1)将Ti-Al系合金原料混合，进行冷等静压成型，得到压坯；

(2)将所述压坯进行无压烧结，得到Ti-Al系合金；所述无压烧结的程序包括以下步骤：

以100～400mL/min的速率通入流动氢气，在氢气气氛中，将所述压坯从室温第一升温至500～600℃；

停止通入流动氢气，对炉膛内进行抽真空；

密封炉膛，在500～600℃保温1～2h；

保持炉膛密封状态，将所述保温后的压坯第二升温至750～850℃；

以500～2000mL/min的速率通入流动氩气，在所述氩气气氛中，将所述第二升温后的压坯第三升温至烧结温度；所述烧结温度为1400～1600℃；

调整流动氩气的流速为100～400mL/min，在所述氩气气氛中，将所述升温程序后的压坯在所述烧结温度保温2～5h后降温，得到高致密度Ti-Al系合金。