叠层轧制－扩散复合制备钛合金/TIAL合金复合板材的方法.pdf

叠层轧制－扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法，它涉及制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法，本发明的目的是为解决现有技术不能获得尺寸大、厚度薄的钛合金/TiAl合金复合板材的问题。本发明A(钛箔)与C(铝箔)叠层放置，叠层中至少一层B(钛或钛合金箔，钛或钛合金板材)，B或者在叠层的上、下表面，或者放在叠层中间；叠层中，B的相邻层为C，最外层为A或B，A、B和C叠放层数为3层或3层以上；经过包套，先经过在20－750℃低温轧制，再经过750－1300℃高温轧制。本发明避开了TiAl合金塑性较低、加工性能差的技术缺陷，采用塑性及加工性能较好的钛箔及铝箔反应生成TiAl金属间化合物的方法，本发明可以制备大尺寸的钛合金/TiAl合金复合薄板材。

权利要求书
1、  叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法，其特征在于叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法是按以下步骤实现的：一、准备原始材料：原始材料为钛箔：以下简称A、钛或钛合金箔，钛或钛合金板材：以下简称B、铝箔：以下简称C，A的厚度为0.02-0.3mm，B的厚度为0.31-3mm，C的厚度为0.02-0.3mm；二、叠层：A与C叠层放置，叠层中至少一层B，B或者在叠层的上、下表面，或者放在叠层中间；叠层中，B的相邻层为C，最外层为A或B，A、B和C叠放层数为3层或3层以上；三、包套：叠层外采用不锈钢、纯钛或钛合金包套，将叠层放入由不锈钢、纯钛或钛合金板焊接成的立方体容器中，经过抽真空使立方体容器中的真空度小于1Pa，然后焊接密闭；四、轧制：经过包套的整体材料，先经过在20-750℃低温轧制，将整体材料放入加热炉中加热到20-750℃，并保温5-40分钟，然后迅速放入轧机开轧，道次变形量为2-20％，道次间回炉2-25分钟，轧制总变形量为30-70％；再经过750-1300℃高温轧制，将整体材料放入加热炉中加热到750-1300℃，并保温5-40分钟，然后迅速放入轧机开轧，道次变形量为2-20％，道次间回炉2-25分钟，轧制总变形量为30-80％，轧制后整体材料在750-1300℃随炉冷却至400-600℃，再空冷至室温；五、包套去除：采用机加工的方法去除包套，得到钛合金/TiAl合金复合板材。

2、  根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法，其特征在于A的厚度为0.05mm，B的厚度为1mm，C的厚度为0.05mm。

3、  根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法，其特征在于A的厚度为0.07mm，B的厚度为1.5mm，C的厚度为0.07mm。

4、  根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法，其特征在于叠层步骤中，A与C叠层放置，A与C分别为5层，B为一层，B放置在A与C叠层的下表面，叠层中，B的相邻层为C，最外层上表面为A。

5、  根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法，其特征在于叠层步骤中，A与C叠层放置，A与C分别为8层和7层，B为2层，1层B放置在A与C叠层的下表面，另1层放置在A与C叠层的中间，叠层中，B的相邻层为C，最外层上表面为A。

6、  根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法，其特征在于轧制步骤中，道次变形量为20％，轧制总变形量为50％。

7、  根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法，其特征在于轧制步骤中，道次变形量为10％，道次间回炉10分钟，轧制总变形量为40％。

8、  根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法，其特征在于轧制步骤中，道次变形量为8％，道次间回炉15分钟，轧制总变形量为60％。

9、  根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法，其特征在于轧制步骤中，道次变形量为10％，道次间回炉15分钟，轧制总变形量为50％。

10、  根据权利要求1所述的叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法，其特征在于轧制后整体材料在1000℃随炉冷却至500℃，再空冷至室温。

说明书叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法
技术领域
本发明涉及一种制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法。
背景技术
TiAl合金(或TiAl金属间化合物)具有密度低、高的比强度和比弹性模量，在高温时仍可以保持足够高的强度和刚度，同时它还具有良好的抗蠕变及抗氧化能力等突出的特点，在航天、航空及汽车等领域具有广泛的应用前景。TiAl合金的使用温度可以达到700～900℃。TiAl合金板材是该种材料实用化过程中最为急需的材料，但是TiAl合金板材室温塑性低、加工性能差等缺点严重阻碍了板材的应用。专利申请号为200510009906.0、公开号为CN1672918A、公开日为2005年9月28日、名称为“一种TiAl金属间化合物～钛合金复合板材及其制备方法”的发明专利申请，公开了一种TiAl合金复合板材的制备方法，该专利申请是采用原始材料为TiAl合金块材和钛合金进行复合轧制得到复合板材，但是由于TiAl合金塑性较低、加工性能差，采用该专利制备大尺寸的钛合金/TiAl合金复合薄板材在轧制过程中容易产生裂纹。因此该种方法不容易得到厚度薄、尺寸大的板材，该方法得到的板材厚度一般大于0.5mm，尺寸小于500×500mm。
发明内容
本发明的目的是为解决现有技术不能获得尺寸大、厚度薄的钛合金/TiAl合金复合板材的问题，提供一种叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法。本发明避开了TiAl合金塑性较低、加工性能差的技术缺陷，采用塑性及加工性能较好的钛箔及铝箔反应生成TiAl金属间化合物的方法，可制备出大尺寸的钛合金/TiAl合金复合薄板材，并且本发明的钛合金/TiAl合金复合板材制备方法工艺简单、制备成本较低，可改善TiAl合金板材室温塑性低、加工性能差的缺点。本发明可以用于制备大尺寸的钛合金/TiAl合金复合板材，与相同工艺制备的TiAl合金板材相比，钛合金/TiAl合金复合板材的综合力学性能可得到显著提高。本发明的技术方案是按以下步骤实现的：一、准备原始材料：原始材料为钛箔(以下简称A)、钛(或钛合金)箔或板材(以下简称B)、铝箔(以下简称C)，A的厚度为0.02-0.3mm，B的厚度为0.31-3mm，C的厚度为0.02-0.3mm；二、叠层：A与C叠层放置，叠层中至少一层B，B或者在叠层的上、下表面，或者放在叠层中间；叠层中，B的相邻层为C，最外层为A或B，A、B和C叠放层数为3层或3层以上；三、包套：叠层外采用不锈钢、纯钛或钛合金包套，将叠层放入由不锈钢、纯钛或钛合金板焊接成的立方体容器中，经过抽真空使立方体容器中的真空度小于1Pa，然后焊接密闭；四、轧制：经过包套的整体材料，先经过在20-750℃低温轧制，将整体材料放入加热炉中加热到20-750℃，并保温5-40分钟，然后迅速放入轧机开轧，道次变形量为2-20％，道次间回炉2-25分钟，轧制总变形量为30-70％；再经过750-1300℃高温轧制，将整体材料放入加热炉中加热到750-1300℃，并保温5-40分钟，然后迅速放入轧机开轧，道次变形量为2-20％，道次间回炉2-25分钟，轧制总变形量为30-80％，轧制后整体材料在750-1300℃随炉冷却至400-600℃，再空冷至室温；五、包套去除：采用机加工的方法去除包套，得到钛合金/TiAl合金复合板材。与现有技术相比，本发明的钛合金/TiAl合金复合板材制备方法工艺简单、制备成本较低，而且避开了TiAl合金塑性较低、加工性能差的技术缺陷，采用塑性及加工性能较好的钛箔及铝箔反应生成TiAl金属间化合物的方法，进而得到复合板材，因此本发明得到的钛合金/TiAl合金复合板材厚度可以任意控制，最小厚度可以达到0.2mm，并且复合板材的尺寸大小完全取决于原始钛箔及铝箔的尺寸，最终板材尺寸最大可以达到1000×2000mm，可以制备大尺寸的钛合金/TiAl合金复合薄板材。
附图说明
图1是本发明B设在叠层表面的结构示意图，图2是本发明B设在叠层中间的结构示意图，图3是本发明叠层中设有两层B的结构示意图，图4是Ti/TiAl合金复合板材的结构示意图，图5是钛合金/TiAl合金复合板材的结构示意图，以上附图中，附图标记1是钛箔(简称A)，2是钛(或钛合金)箔或板材(简称B)，3是铝箔(简称C)，4是包套，5是钛合金，6是TiAl合金，7是钛。
具体实施方式
具体实施方式一：(参见图1、图2、图3)本实施方式的技术方案是按以下步骤实现的：一、准备原始材料：原始材料为钛箔(以下简称A)、钛(或钛合金)箔或板材(以下简称B)、铝箔(以下简称C)，A的厚度为0.02-0.3mm，B的厚度为0.31-3mm，C的厚度为0.02-0.3mm；二、叠层：A与C叠层放置，叠层中至少一层B，B或者在叠层的上、下表面，或者放在叠层中间；叠层中，B的相邻层为C，最外层为A或B，A、B和C叠放层数为3层或3层以上；三、包套：叠层外采用不锈钢、纯钛或钛合金包套，将叠层放入由不锈钢、纯钛或钛合金板焊接成的立方体容器中，经过抽真空使立方体容器中的真空度小于1Pa，然后焊接密闭；四、轧制：经过包套的整体材料，先经过在20-750℃低温轧制，将整体材料放入加热炉中加热到20-750℃，并保温5-40分钟，然后迅速放入轧机开轧，道次变形量为2-20％，道次间回炉2-25分钟，轧制总变形量为30-70％；再经过750-1300℃高温轧制，将整体材料放入加热炉中加热到750-1300℃，并保温5-40分钟，然后迅速放入轧机开轧，道次变形量为2-20％，道次间回炉2-25分钟，轧制总变形量为30-80％，轧制后整体材料在750-1300℃随炉冷却至400-600℃，再空冷至室温；五、包套去除：采用机加工的方法去除包套，得到钛合金/TiAl合金复合板材。
具体实施方式二：(参见图1、图4)本实施方式的技术方案是这样实现的：准备原始材料：原始材料为钛箔(简称A)、钛板材(简称B)、铝箔(简称C)。A的厚度为0.05mm，B的厚度为1mm，C的厚度为0.05mm。叠层：A与C叠层放置，A与C分别为5层。B为一层，B放置在A与C叠层的下表面。叠层中，B的相邻层为C，最外层上表面为A。上述结构与图1的叠层结构相近。包套：叠层外采用不锈钢包套，包套厚度为2mm。将叠层结构放入由不锈钢板焊接成的立方体容器中，经过抽真空到小于0.2Pa以下，然后焊接密闭。轧制：经过包套的整体材料，先经过在25℃低温(室温)轧制，将整体材料在室温放入轧机开轧。道次变形量为20％，轧制总变形量为50％。再经过950℃高温轧制，将整体材料放入加热炉中加热到950℃，并保温25分钟，然后迅速放入轧机开轧。道次变形量为10％，道次间回炉10分钟，轧制总变形量为40％。轧制后整体材料在950℃随炉冷却至400℃，再空冷至室温。轧制过程中A与C经过元素扩散、反应形成TiAl合金，而TiAl合金与没有反应完全的厚度较大的B复合。轧制后经过机加工去除包套，得到Ti/TiAl合金复合板材，该板材由一层Ti和一层TiAl合金构成。
具体实施方式三：(参见图3、图5)本实施方式的技术方案是这样实现的：准备原始材料：原始材料为钛箔(简称A)、钛合金(Ti-6Al-4V)板材(简称B)、铝箔(简称C)。A的厚度为0.07mm，B的厚度为1.5mm，C的厚度为0.07mm。叠层：A与C叠层放置，A与C分别为8层和7层。B为2层，1层B放置在A与C叠层的下表面，另1层放置在A与C叠层的中间。叠层中，B的相邻层为C，最外层上表面为A。上述结构与图3的叠层结构相近。包套：叠层外采用纯钛包套，包套厚度为2.5mm。将叠层放入由纯钛板焊接成立方体容器中，经过抽真空到小于0.1Pa以下，然后焊接密闭。轧制：经过包套的整体材料，先经过在550℃低温轧制，将整体材料放入加热炉中加热到550℃，并保温30分钟，然后迅速放入轧机开轧。道次变形量为8％，道次间回炉15分钟，轧制总变形量为60％。再经过1000℃高温轧制，将整体材料放入加热炉中加热到1000℃，并保温30分钟，然后迅速放入轧机开轧。道次变形量为10％，道次间回炉15分钟，轧制总变形量为50％。轧制后整体材料在1000℃随炉冷却至500℃，再空冷至室温。轧制过程中A与C经过元素扩散、反应形成TiAl合金，而TiAl合金与没有反应完全的厚度较大的B复合。轧制后经过机加工去除包套，得到钛合金/TiAl合金复合板材，该板材含有两层钛合金，其余为TiAl合金。