[發明專利]一種TiAl基合金板材超塑性成形方法

有效

• 申請號: 201610076127.0
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105695910B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 李慧中;齊葉龍;梁霄鵬;陳永輝;范愛一;劉詠
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C22C14/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明涉及鈦鋁基合金板材超塑性成形的方法，特指系一種大尺寸鈦鋁基合金板材超塑性成形的方法；屬于鈦鋁基合金塑性加工技術領域。

背景技術

鈦鋁基合金比強度高、比剛度高、密度低、阻燃性能和高溫抗氧化、抗蠕變性能好，是一種非常有潛力的輕質高溫結構材料，在航空航天、汽車制造等工業領域有著廣闊的應用前景。鈦鋁基合金板材除了可以直接用作結構材料外，還可以用于近凈成形航空、航天發動機的零部件以及超高速飛行器的翼、殼體、熱區蒙皮，渦輪葉片，導彈尾翼等。然而，鈦鋁基合金較脆，屬于難變形材料，用傳統的方法對鈦鋁基合金進行加工變形很困難，尤其是在生產制備形狀復雜或尺寸較大的零件如飛行器殼體、渦輪葉片時，傳統的成形技術無法有效地發揮作用。

超塑性成形技術作為一種“新型高效”的技術，它在難加工材料的成形和航空工業領域顯示出的巨大優越性越來越受到研究者們的重視。材料在進行超塑性成形時變形抗力小、變形量大、易成形，因此，利用超塑性成形技術對鈦鋁基合金進行加工具有巨大優勢。目前，國內外已經有許多關于鈦鋁基合金超塑性成形的研究。Imayev等人在1000℃條件下對Ti-35.9Al(wt％)基合金坯料進行等溫鍛造，再進行后續不同的熱處理后，發現在溫度為1025℃、應變速率為0.83×10^-3s^-1～1.6×10^-3s^-1條件下，合金試樣的延伸率為130％～250％，具有超塑性成形能力。Niu等人對鍛造態的Ti-43Al-4Nb-2Mo-0.5B(at％)進行超塑性拉伸時，在溫度為900℃～950℃、應變速率為1×10^-4s^-1～4×10^-4s^-1時，得到的延伸率為170％～405％，同樣具有超塑性成形能力。

從他人的研究結果可以看出，雖然合金在特定的條件下均具備了超塑性，但是成分的差別會導致超塑性的溫度和應變速率條件有較大的差別，并且對于特定的合金而言，必須同時具備溫度和應變速率的條件才可能具有超塑性成形能力。另一方面，合金單向拉伸超塑性性能的研究和實際工業中利用超塑性成形方法制備零件還存在較大的差別，由于性能的研究主要關注簡單的單向拉應力狀態下的超塑性性能，而零件的超塑性成形時的應力狀態要復雜很多，并非簡單的單向拉伸，同時會受到周向擠壓和摩擦力的作用，在多種應力的作用下，超塑性成形的條件相比與單向拉伸的條件，可比性較小，也就是說采用單向拉伸的超塑性條件進行零件的超塑性制備時，需要對條件進行較大的調整，且調整程度并不可預知。比如，周向壓力應力的增加有利于提高合金的超塑性，但是摩擦力的存在則不利于合金的超塑性成形，所以調整方向存在較大的未知性。可見對于零件的超塑性成形，需要考慮溫度、應變速率和顯微組織以及模具形狀等諸多因素，任何一個條件的變化，均會引起其它條件的相應變化。因此在超塑性成形條件的設置時，必須考慮多種因素的復合作用，已有的研究報道的條件主要對相應的材料和條件下具有指導性，但對于特定材料在特定條件下的超塑性成形，其工藝參數卻具有唯一性，并非根據現有研究及報道可以直接獲得。

對于鑄錠冶金方法制備的TiAl合金板材的超塑性成形制備零件，由于本身很難制備大尺寸的板材，并且鑄錠冶金方法制備的合金晶粒一般比較粗大，并且常常存在成分偏析或組織疏松的缺陷，導致其超塑性成形的難度增大。本發明專利基于前期板材超塑性行為的基礎理論研究，提出了適合大尺寸板材超塑性成形的工藝方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足而提供一種能生產較大尺寸零件的鈦鋁基合金板材超塑性成形的方法。

本發明一種TiAl基合金板材超塑性成形方法，包括下述步驟：

第一步：合金基體組織調整

取粉末冶金法制備的TiAl基合金，熱軋為板材后，通過熱處理方法調整TiAl基合金組織為γ相與α₂相的細小雙態組織；

第二步：超塑性成形

將第一步得到的TiAl基合金與超塑性成形模具組裝后整體加熱至900～980℃，保溫20～30分鐘后，進行等溫等速率成形；

第三步：穩定化處理

超塑性成形結束，出模后進行穩定化退火熱處理。

本發明一種TiAl基合金板材超塑性成形方法，所述熱處理方法的工藝參數為：保溫溫度1250～1270℃，保溫時間為4～5小時，保溫結束后空冷。