[發(fā)明專利]一種近等溫模鍛制備TiAl合金構(gòu)件的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510028183.2
• 申請(qǐng)日: 2015-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN104588997B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔凡濤;周海濤;王曉鵬;陳玉勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23P15/00
• 分類號(hào): B23P15/00;B21J5/00;B21J5/02;C22C14/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所23109
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種合金構(gòu)件的制備方法。

背景技術(shù)

TiAl合金具有密度低、比強(qiáng)度高、比剛度高，以及良好的高溫抗氧化、抗蠕變性能，是一種非常有潛力的輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、汽車制造等工業(yè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。TiAl合金具有原子長程有序排列的結(jié)構(gòu)特性以及原子間金屬與共價(jià)鍵共存的特性，使其同時(shí)兼顧金屬的塑性和陶瓷的高溫強(qiáng)度，與傳統(tǒng)鈦合金和鎳基高溫合金相比，TiAl合金具有低比重、高蠕變抗力等性能優(yōu)勢。然而TiAl合金室溫塑性低，高溫變形能力差，這些因素制約了該合金的工程化應(yīng)用。目前TiAl合金構(gòu)件的制造方法主要是精密鑄造和熱加工方法，因而，用TiAl合金制造的產(chǎn)品性能及種類受到了很大的限制。合金的制備過程較為復(fù)雜，容易出現(xiàn)鑄造缺陷、成分偏析和組織不均勻現(xiàn)象。

通常，制備TiAl合金構(gòu)件可以選用鑄造冶金或粉末冶金制備TiAl合金，熱等靜壓后再包套熱擠壓TiAl合金成棒材，再進(jìn)行模鍛，制備TiAl合金構(gòu)件。熱擠壓后TiAl合金的尺寸相應(yīng)變小，進(jìn)而制備TiAl合金的構(gòu)件尺寸受到限制，難以制備出大尺寸的TiAl合金構(gòu)件。另外，TiAl合金包套擠壓所需溫度較高，一般要求在1300℃以上，對(duì)設(shè)備要求較高，還需要長時(shí)間高溫下有相當(dāng)強(qiáng)度的模具，制備TiAl合金構(gòu)件所需成本較高。本發(fā)明采用普通的鍛造機(jī)對(duì)TiAl合金進(jìn)行鍛造，獲取組織細(xì)小的TiAl合金鍛坯，再進(jìn)行近等溫模鍛則可制備組織細(xì)小，力學(xué)性能良好的TiAl合金構(gòu)件且對(duì)設(shè)備要求不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有方法制備的TiAl合金構(gòu)件存在TiAl合金制備困難，加工困難、對(duì)模具和設(shè)備要求高且力學(xué)性能較差的問題，而提供一種近等溫模鍛制備TiAl合金構(gòu)件的方法。

一種近等溫模鍛制備TiAl合金構(gòu)件的方法，具體是按以下步驟完成的：

一、準(zhǔn)備TiAl合金鑄錠：選取名義成分為Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)的TiAl合金鑄錠；

步驟一中所述的Ti-(40～50)Al-(0.1～10)X(at％)中X為Mo、Cr、Nb、V、Si、Fe、Zr、Mn、B、C、W和Y中的一種或其中幾種的混合；

二、均勻化熱處理：將步驟一中選取的鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理，均勻化熱處理的溫度為800℃～1000℃，均勻化熱處理的保溫時(shí)間為12h～100h，得到均勻化處理后的TiAl合金鑄錠；

三、熱等靜壓：對(duì)均勻化處理后的TiAl合金鑄錠進(jìn)行熱等靜壓處理，得到TiAl預(yù)鍛坯料；

步驟三中所述的熱等靜壓處理的溫度為1100℃～1280℃，壓力為100MPa～200MPa，時(shí)間為1h～4h；

四、包套鍛造：將TiAl預(yù)鍛坯料放到包套中，再進(jìn)行封焊，得到包含TiAl預(yù)鍛坯料的包套；再將包含TiAl預(yù)鍛坯料的包套進(jìn)行鍛造處理，再將包含TiAl預(yù)鍛坯料的包套隨爐冷卻到室溫，再采用機(jī)械加工方法去除包含TiAl預(yù)鍛坯料的包套中的包套，得到TiAl合金鍛造坯料；

步驟四中所述的包套的材質(zhì)為不銹鋼、純鈦或鈦合金；

步驟四中所述的鍛造處理的溫度為1100℃～1280℃，保溫時(shí)間為2h～12h，鍛造壓下量為50％～90％；

五、車削加工：采用機(jī)械加工的方法將步驟四中得到的TiAl合金鍛造坯料進(jìn)行機(jī)械加工，得到TiAl預(yù)模鍛坯料；

六、近等溫模鍛：將預(yù)熱溫度為860℃～1300℃的TiAl預(yù)模鍛坯料放入預(yù)熱溫度為850℃～1200℃的模具中，在應(yīng)變速率為0.005s^-1～1s^-1下進(jìn)行近等溫模鍛，得到TiAl合金構(gòu)件；

步驟六中所述的模具為鈦合金鍛造用高溫合金模具。

本發(fā)明步驟六中所述的近等溫模鍛是指TiAl預(yù)模鍛坯料的預(yù)熱溫度與模具的預(yù)熱溫度兩者的溫差在10℃～450℃之間的鍛造。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

一、本發(fā)明先準(zhǔn)備TiAl合金鑄錠，然后進(jìn)行均勻化熱處理和熱等靜壓，再進(jìn)行包套鍛造，最后進(jìn)行近等溫模鍛制備TiAl合金構(gòu)件；本發(fā)明制備的TiAl合金構(gòu)件的組織細(xì)小，力學(xué)性能良好；

二、本發(fā)明可制備出大尺寸的TiAl合金構(gòu)件，鍛造所需溫度低于包套擠壓溫度，對(duì)設(shè)備和模具要求不高，利用普通的鍛機(jī)和鈦合金鍛造用高溫合金模具就可實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明可獲得一種近等溫模鍛制備TiAl合金構(gòu)件的方法。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式是一種近等溫模鍛制備TiAl合金構(gòu)件的方法，具體是按以下步驟完成的：