[發明專利]一種Ti3Al基合金薄壁筒成形方法

有效

• 申請號: 201010155810.6
• 申請日: 2010-04-27
• 公開（公告）號: CN102000944A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 王國慶;吳愛萍;朱瑞燦;謝美蓉;張益坤
• 申請（專利權）人: 中國運載火箭技術研究院;首都航天機械公司
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;C22F1/18
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅;莫丹

技術領域

本發明涉及筒體熱成形、校形、焊接及焊后熱處理工藝，具體涉及一種Ti₃Al薄壁筒體熱成形、焊接及焊后熱處理方法。

背景技術

金屬間化合物是指由兩個或更多的金屬組元按比例組成的、具有不同于其組成元素的長程有序晶體結構和金屬基本特性的化合物。Ti-Al、Ni-Al、Fe-Al系金屬間化合物由于具有較小的密度、更高的強度和更好的耐熱性能等特點，在航空、航天、能源、汽車等高科技領域有著廣泛的應用前景，尤其是進入應用研究階段的金屬間化合物Ti₃Al基合金，有較高的彈性模量，較低的密度，與鈦合金相比，具有更好的高溫機械性能和更高的使用溫度，與鎳基高溫合金相比，可減輕質量40％左右，是介于鈦合金和鎳基高溫合金使用溫度之間的比較理想的航空航天用高溫結構材料。

目前發展比較成熟、綜合性能比較好、已進入航天應用研究階段的Ti₃Al基合金為(α₂+β/B2+O)三相合金，以Ti-23Al-17Nb合金為代表，其室溫屈服強度可達1200MPa、拉伸延伸率高于9％，650℃拉伸屈服強度達970MPa，該合金可作為火箭發動機渦輪盤轉子的材料。

由于合金變形抗力大，成形過程中容易開裂，對該合金板材的熱成形技術研究直接制約著該合金的工程應用。

目前，文獻表明對于Ti₃Al基合金板材成形工藝研究主要集中在焊接工藝方面，且研究僅處于理論層面，僅報道了該材料的焊接工藝及經過某種熱處理工藝后接頭的組織狀態，而關于使用該材料制造出具有某種工程應用價值的筒體研究未見報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Ti₃Al基合金板材薄壁筒成形方法，以解決薄壁筒成形過程中合金變形抗力大不易變形和在變形中容易產生開裂或筒壁形成微裂紋的問題。

實現本發明目的的技術方案：一種Ti₃Al基合金薄壁筒成形方法，該方法包括如下步驟：

(1)對1.5～4mm厚Ti₃Al基合金板材在650℃～700℃的溫度條件下，采用熱滾彎方法形成筒坯；

(2)采用CO₂連續輸入激光熔透焊接步驟(1)所得筒坯母線方向焊縫，得到Ti₃Al基合金薄壁筒，其中激光功率為2000W～2500W、掃描速度為150cm/min～190cm/min、表面聚焦；

(3)對步驟(2)焊接后所得Ti₃Al基合金薄壁筒在950℃～1000℃保溫1～3h后隨爐冷卻；

(4)對步驟(3)熱處理后的Ti₃Al基合金薄壁筒在600℃～650℃進行校形；

(5)對步驟(4)校形后的Ti₃Al基合金薄壁筒在900～1000℃、真空條件下保溫時間1～2小時后，空氣冷卻。

如上所述的一種Ti₃Al基合金基合金薄壁筒成形方法，該Ti₃Al基合金薄壁筒成形方法步驟如下：

(1)對3mm厚Ti₃Al基合金板材在700℃的溫度條件下，采用熱滾彎方法形成筒坯；

(2)采用CO₂連續輸入激光熔透焊接步驟(1)所得筒坯母線方向焊縫，得到Ti₃Al基合金薄壁筒，其中激光功率為2500W、掃描速度為190cm/min、表面聚焦；

(3)對步驟(2)激光焊接后所得Ti₃Al基合金薄壁筒在950℃保溫1.5h后隨爐冷卻；

(4)對步驟(3)熱處理后的Ti₃Al基合金薄壁筒在600℃條件下等溫校形；

(5)對步驟(4)校形后的Ti₃Al基合金薄壁筒在980℃、真空條件下進行熱處理，保溫時間1.5小時后，空氣冷卻。

本發明的效果在于：

本發明所述的Ti₃Al基合金薄壁筒成形方法具有重要的工程應用價值。與薄壁筒成形方法特別是旋壓成形相比，采用本方法可以有效地避免成形過程裂紋產生，減小變形抗力，特別是焊后熱處理降低了焊縫和母材的強度，提高了塑性，便于焊后校形，使得在較低的溫度條件下校形，同時通過最終的熱處理使得筒體強度得到整體提升。