TiAl合金比重不到鎳基合金的一半，使用溫度可達(dá)700~900℃，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐蝕、耐磨、耐高溫等性能優(yōu)點(diǎn)，成為航空、航天等領(lǐng)域重要的備選材料。TiAl合金板材除了有望直接用作結(jié)構(gòu)材料外，還可以作為超塑性成形的預(yù)成形材料。TiAl合金板材在熱結(jié)構(gòu)及熱防護(hù)性系統(tǒng)中的應(yīng)用，已經(jīng)被納入歐洲航空運(yùn)輸研究計(jì)劃，準(zhǔn)備將其應(yīng)用于高速民用運(yùn)輸機(jī)和可重復(fù)使用的單級(jí)入軌太空船。但是，TiAl合金屬于難變形合金，不適合高溫軋制成形。到目前為止，TiAl合金制備技術(shù)中存在的問(wèn)題一直沒(méi)有得到很好的解決，特別是采用熱軋工藝制備板材時(shí)很容易開(kāi)裂，使得大尺寸、高質(zhì)量板材的制作非常困難。因此，攻克TiAl合金板材的制備難題成為當(dāng)前TiAl合金領(lǐng)域重要的研究課題之一。
從已有研究成果看，在軋制工藝方面，大多采用以下方法來(lái)改善TiAl合金板材成形困難問(wèn)題:1、對(duì)軋制前的材料質(zhì)量控制更嚴(yán)；2、采用特種包套軋制技術(shù)進(jìn)行軋制，嚴(yán)格設(shè)計(jì)包套工藝；3、在α+γ兩相區(qū)進(jìn)行軋制，道次間要回爐加熱；4、仔細(xì)選擇軋制速度與道次變形量；5、避免軋制過(guò)程中板材的氧化。但實(shí)際結(jié)果表明，即使仔細(xì)控制工藝參數(shù)，通過(guò)軋制生產(chǎn)出較大尺寸的TiAl合金板材仍然是非常困難的。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)采用近等溫包套軋制技術(shù)成功制備了尺寸為700mm×200mm×2mm的TiAl合金板材，取得了很好的結(jié)果。
一、成分優(yōu)化設(shè)計(jì)
研究發(fā)現(xiàn)，在TiAl合金中加入大量的特定β相穩(wěn)定元素(如V，Cr，Mn，Mo)及少量的晶粒細(xì)化元素(如Y，B，C)，可使其熱加工性能明顯好于傳統(tǒng)TiAl合金。經(jīng)過(guò)這樣的成分優(yōu)化，合金的高溫流變應(yīng)力降低，高溫變形能力改善，在熱加工過(guò)程中不容易產(chǎn)生裂紋等缺陷。從相構(gòu)成上看，該合金主要含有β相和γ相，可通過(guò)后續(xù)熱處理，控制熱加工后TiAl合金的顯微組織及相組成，有利于調(diào)控常溫、高溫力學(xué)性能。哈爾濱工業(yè)大學(xué)采用的合金名義成分為Ti-43Al-9V-Y（原子百分?jǐn)?shù)）。原材料為海綿TiAl與高純Al，其它添加元素均為添加金屬與Al的中間合金。
二、改進(jìn)工藝路線
采用近等溫包套軋制工藝。按照設(shè)計(jì)的成分配料后，在真空自耗電極電弧熔煉爐中熔煉成鑄錠。將鑄錠進(jìn)行均勻化退火處理(900℃/48h)和熱等靜壓處理。熱等靜壓采用Ar氣作為保護(hù)氣氛，邊升溫邊充Ar氣直至170MPa，在1250℃下保溫4h后隨爐緩冷。然后對(duì)材料進(jìn)行包套鍛造，始鍛溫度1200℃，總變形量大于85%；鍛后將材料在900℃下退火48h；然后用不銹鋼包套后，在熱軋機(jī)上作近等溫軋制成板材。包套軋制主要工藝參數(shù)為:開(kāi)軋溫度1200℃，軋制速度<0.5m/s，道次變形量約10%，道次回爐時(shí)間5~10min，總變形量>70%。軋后板材爐冷至400~500℃后，空冷至室溫。
對(duì)所獲材料的檢測(cè)表明，他們制備的TiAl合金板材變形均勻，未出現(xiàn)裂紋等質(zhì)量缺陷，說(shuō)明其具有良好的熱加工性能。