[發明專利]一種具有低溫超塑性的TiAl合金及其構件制備方法

有效

• 申請號: 202010162659.2
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111254314B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 周海濤;肖旅;徐玉棱;孫京麗;陳舸
• 申請（專利權）人: 上海航天精密機械研究所
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C30/00;C22F1/18;B21B1/38;B21D13/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發明涉及一種具有低溫超塑性的TiAl合金及其構件制備方法，屬于鈦鋁合金構件制備技術領域。通過粉末冶金法或鑄錠冶金法制備TiAl合金板坯，在共析溫度附近包套軋制TiAl合金板坯，然后在共析溫度附近熱處理，制備出近等軸組織的TiAl合金板材，再與成形模具組裝后整體進行低溫超塑變形，隨后進行去應力退火，制備出TiAl合金構件。本發明設計的TiAl合金中Al含量降低，可以保證TiAl合金在較低溫度下成形，同時制備的TiAl合金晶粒尺寸細小。隨后在共析溫度附近保溫，進一步獲得細小均勻的等軸組織，且γ相含量較高，該組織保證了低溫超塑成形的有效進行。本發明工藝簡單，對設備要求低，可在低溫下實現TiAl合金的超塑成形。

技術領域

本發明涉及一種具有低溫超塑性的TiAl合金及其構件制備方法，屬于鈦合金構件制備技術領域。

背景技術

TiA1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，在航空航天、汽車制造等工業領域有著廣闊的應用前景。TiAl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。但TiAl變形能力差，采用傳統的方法很難制備如飛行器殼體、渦輪葉片等形狀復雜或尺寸較大的構件。采用超塑性成形是最為理想的成形方法之一。該方法能顯著降低變形抗力，簡化工序的同時還能提高構件的尺寸精度。對于TiAl合金，塑性延伸率超過100％就被認為具有超塑性。通常來說，近γ組織的TiAl合金具有超塑性。國外己在TiAl合金超塑性成形方面開展了大量工作，并己超塑成形出TiAl合金復雜構件。日本三菱公司在1100℃時成形了厚度約1mm的半球形制品。Kaibyshev在1020℃，9×10^-4s^-1的條件下制造出了Ti-34A1-4Nb合金的燃氣渦輪發動機葉片。Clemens等人在1150℃采用氣脹法成功制備出了弓形、球形和波形等形狀的Ti-48A1-2Cr合金超塑性成形制品。從上述研究結果可以看出，雖然TiAl在一定條件下獲得了超塑性，但成分的差別導致超塑性成形所需的溫度較高。目前由于TiA1基合金高溫變形抗力大，利用傳統的制備工藝難以制備出合格的波紋板、球形、蜂窩形的TiAl合金構件。因此通過調控合金成分及制備工藝，開發一種具有低溫超塑性的TiAl合金及其制備構件的方法，推動TiAl合金在飛行器上的應用。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出一種具有低溫超塑性的TiAl合金及其構件制備方法，目的是要解決現有方法制備TiA1合金波紋板、球形、蜂窩形等構件存在容易開裂、變形工藝苛刻、模具要求高等問題，提供一種具有低溫超塑性的TiAl合金及其構件制備方法。

本發明的技術解決方案是：

一種具有低溫超塑性的TiAl合金，該TiAl合金的化學成分包括Al和Ti，還包括X，X為Cr、Nb、Mn、Fe、Mo、La、B、C中的一種或兩種以上的混合物，優選Cr，Nb，Mn，La，C，TiAl合金中Al成分的質量百分含量為38％-45％，優選41.5-44％Al，X的質量百分含量2％-9％，優選3％-7％，余量為Ti；

TiAl合金優選Ti-38Al-2Cr-0.2B、Ti-39.5Al-4Mn、Ti-40Al-6Nb-1Mo-0.2B-0.3La、Ti-40Al-4Nb-0.2B-0.3La、Ti-41Al-2Cr-4Nb-0.2C-0.3La、Ti-42Al-2Nb-4Mn-0.2C、Ti-42Al-3Cr-0.5Mo-0.3La、Ti-42Al-3Mn-0.5Mo-0.3C、Ti-43Al-2Cr-2Nb-0.3La、Ti-43Al-6Nb-0.2C-0.3La、Ti-43Al-7Nb-0.2C、Ti-44Al-2Cr-2Mn-0.5Mo-0.3C、Ti-44Al-6Nb-0.5Mo-0.2C-0.3La、Ti-44Al-2Nb-2Cr-2Mn-0.3La或Ti-45Al-2Nb-2Cr-0.3La。

一種具有低溫超塑性的TiAl合金構件的制備方法，該方法的步驟包括：