專利名稱：一種高鈮TiAl合金大尺寸餅材制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種高鈮TiAl合金大尺寸餅材制備方法。
背景技術(shù)：
高鈮TiAl金屬間化合物經(jīng)過近年來的研究，在相圖，抗氧化性和組織與性能等方面的研究取得了一系列重要的進(jìn)展，其優(yōu)異的高溫性能，抗氧化性和抗蠕變性而受到廣泛的關(guān)注，高含量難熔金屬鈮元素的加入使合金的熔點(diǎn)較普通鈦鋁合金提高約90--100℃，鈮元素的固溶強(qiáng)化，使其900℃的屈服強(qiáng)度較普通鈦鋁合金高150---200MPa，高熔點(diǎn)鈮的加入同時降低了擴(kuò)散系數(shù)，改善了抗氧化性，是最具有應(yīng)用潛力的新一代高溫結(jié)構(gòu)材料。但是高鈮的加入帶來優(yōu)越的高溫性能的同時，也增加了合金的制備的難度，因?yàn)楹辖鹑埸c(diǎn)、高溫強(qiáng)度大幅度提高必然要提高合金的熔煉溫度和熱加工溫度，高鈮鈦鋁基合金作為新一代高溫結(jié)構(gòu)材料的研究開發(fā)目前尚處于起步階段，合金制備質(zhì)量好壞將關(guān)系到對合金本征性能的深刻認(rèn)識，從而嚴(yán)重影響進(jìn)一步優(yōu)化合金研究工作能否順利進(jìn)行，同時也是合金從研究階段走向?qū)嵱秒A段的前提，而優(yōu)良的制備工藝是獲得高質(zhì)量合金的前提，因此對高鈮TiAl合金的制備工藝進(jìn)行初步的探索研究具有現(xiàn)實(shí)的意義。目前普通鈦鋁基合金的制備工藝主要有三種，即鑄錠冶金工藝、粉末冶金工藝和純鑄造工藝，其中鑄錠冶金工藝是普通鈦鋁基合金最為常用的制備工藝。
文獻(xiàn)Kim Y.W.，“Microstructual Evolution and Mechanical Properties of aForged Gamma Titanium Aluminide Alloy”，Acta Metall.Mater.，1992，401121提供了普通鈦鋁樣品的鍛造工藝。
文獻(xiàn)Semiatin S.L.Seetharaman V.and Jain V.K.，“Microstructure Developmentduring Conventional and Isothermal Hot Forging of a Near-Gamma TitaniumAluminide”，Metall.Trans.A，1994，25A275提供了近γ-鈦鋁基合金的等溫鍛造工藝。
傳統(tǒng)的熔煉方法包括感應(yīng)熔煉，真空自耗重熔，等離子熔煉等三種主要熔煉工藝，第一種工藝一般是將純金屬組元混在一起進(jìn)行感應(yīng)加熱熔煉，而后兩種工藝一般是將純組元混在一起壓制成電極進(jìn)行重熔。由于高鈮合金的熔點(diǎn)的升高使得高鈮合金在采用感應(yīng)熔煉工藝時，高鈮合金很難達(dá)到很高的澆注溫度，使得高鈮合金鑄錠經(jīng)常出現(xiàn)宏觀縮孔和大量的疏松，根本無法鍛造，但是采用感應(yīng)熔煉工藝時，合金溶液在澆鑄之前可以經(jīng)過比較充分的均勻化過程，合金的成分相對比較均勻，而后兩種熔煉工藝使電極熔化成金屬液滴滴入水冷坩堝后迅速凝固，就熔化的熔滴溫度來講溫度比感應(yīng)熔煉的熔液溫度高得多，而且熔滴很小，因此單個熔滴擴(kuò)散過程非常充分，在凝固過程中基本上不存疏松與成分偏析，但是采用純組元制備的自耗電極橫截面上各部分的成分不同，因此熔滴與熔滴之間成分是不同的，由于單個熔滴滴入水冷銅坩堝后迅速凝固，熔滴與熔滴之間不存在成分均勻化過程，高熔點(diǎn)鈮來不及擴(kuò)散均勻化，使合金出現(xiàn)鈮鋁的嚴(yán)重偏析，這將導(dǎo)致鑄態(tài)組織嚴(yán)重不均，為解決這一問題，我們利用凝殼工藝合金成分比較均勻，而真空自耗重熔工藝鑄錠密度較高的優(yōu)點(diǎn)，將兩種熔煉工藝復(fù)合在一起，稱之為復(fù)合熔煉工藝，即利用感應(yīng)凝殼重熔工藝將合金組元預(yù)合金化，并將預(yù)合金澆注成自耗電極，再將成分比較均勻的電極自耗重熔，從而使鑄錠致密化和成分進(jìn)一步均勻化。
目前鈦鋁合金的常用的熱加工工藝包括等溫鍛造，包套鍛造和熱擠壓等工藝，其中包套鍛造是一種相對比較簡單，設(shè)備要求不高的熱加工工藝。對于高Nb鈦鋁合金，國內(nèi)外只有北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和西北有色院開展了小型試驗(yàn)樣品的成形研究。而對于大尺寸的高鈮TiAl合金餅材制備無研究報(bào)道。
本發(fā)明的目的在于根據(jù)高鈮TiAl合金的特點(diǎn)制備出具有優(yōu)異的綜合機(jī)械性能的大尺寸餅材，為高鈮TiAl合金在航空發(fā)動機(jī)盤件上應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明工藝流程如下熔煉→均熱化處理→車削加工→包套→鍛造→緩慢冷卻高鈮TiAl合金大尺寸餅材制備具體工藝參數(shù)如下熔煉第一次自耗+自耗凝殼+第二次自耗均熱化退火1100-1300℃保溫24-48小時，隨爐冷卻出爐。
車削加工將退火后的鑄錠的表面氧化皮車削去除，表面粗糙度達(dá)到Ra6.3-1.6。
包套采用外徑150-300mm壁厚2-6mm純不銹鋼管作為包套，將鑄錠放置鈦管中央，并采用氬弧焊用2-6mm厚不銹鋼的管兩端封頂，不銹鋼管外再加一層1-3mm厚的不銹鋼板包上，不銹鋼管和不銹鋼板之間用高溫耐火棉塞實(shí)。
包套加熱隨爐加熱到1250-1300℃保溫40-60分鐘，即刻出爐。
鍛造將經(jīng)過6-10小時預(yù)熱的鍛件迅速移到3000-5000噸油壓機(jī)上進(jìn)行鍛造，形變溫度為1200-1350℃，形變速率為1×10-3-10-1/s，變形量為60-80％。由于在包套鍛造過程中鍛機(jī)壓頭和墊板溫度通常為室溫，壓頭和墊板對鍛件兩端有強(qiáng)烈制冷作用。
鍛造完成后將鍛件迅速放置600-800℃的低溫爐內(nèi)，進(jìn)行低溫回火，防止鍛件由于內(nèi)部高殘余應(yīng)力而造成鍛件開裂。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于由于熔煉過程中使用Nb-Al中間合金，避免了由于高熔點(diǎn)Nb造成的成分偏析。可制備出大尺寸高鈮TiAl合金餅材，鍛件表面光滑無裂紋。鍛件的組織晶粒尺寸為10-30μm，并且很均勻，對于TiAl合金，這樣的晶粒尺寸非常細(xì)小，使材料具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。


圖1是本發(fā)明制備Ti-45Al-8.5Nb-0.2W-0.1C-0.05Y合金大尺寸餅材實(shí)物照片。
具體實(shí)施例方式表1 制備出Ti-45Al-8.5Nb-0.2W-0.1C-0.05Y合金大尺寸餅材

權(quán)利要求
一種高鈮TiAl合金大尺寸餅材制備方法，工藝流程為熔煉→均熱化處理→車削加工→包套→鍛造→緩慢冷卻，其特征在于a、熔煉第一次自耗+自耗凝殼+第二次自耗；b、均熱化退火1100-1300℃保溫24-48小時，隨爐冷卻出爐；c、車削加工將退火后的鑄錠的表面氧化皮車削去除，表面粗糙度達(dá)到Ra6.3-1.6；d包套采用外徑150-300mm壁厚2-6mm純不銹鋼管作為包套，將鑄錠放置鈦管中央，并采用氬弧焊用2-6mm厚不銹鋼的管兩端封頂，不銹鋼管外再加一層1-3mm厚的不銹鋼板包上，不銹鋼管和不銹鋼板之間用高溫耐火棉塞實(shí)；e、包套加熱隨爐加熱到1250-1300℃保溫40-60分鐘，即刻出爐；f、鍛造將經(jīng)過6-10小時預(yù)熱的鍛件迅速移到3000-5000噸油壓機(jī)上進(jìn)行鍛造，形變溫度為1200-1350℃，形變速率為1×10-3-10-1/s，變形量為60-80％；g、鍛造完成后將鍛件放置在600-800℃的低溫爐內(nèi)，進(jìn)行低溫回火，防止鍛件由于內(nèi)部高殘余應(yīng)力而造成鍛件開裂。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高鈮TiAl合金大尺寸餅材制備方法,工藝流程為:熔煉→均熱化處理→車削加工→包套→鍛造→緩慢冷卻,其特征在于:熔煉包括第一次自耗+自耗凝殼+第二次自耗;在1100－1300℃保溫24－48小時,進(jìn)行均熱化處理;然后將鑄錠的表面氧化皮去除;采用外徑150－300mm壁厚2－6mm純不銹鋼管作為包套,將鑄錠放置鈦管中央,并采用氬弧焊用2－6mm厚不銹鋼的管兩端封頂,不銹鋼管外再加一層1－3mm厚的不銹鋼板包上;隨爐加熱到1250－1300℃保溫40－60分鐘,出爐;將經(jīng)過6－10小時預(yù)熱的鍛件移到3000－5000噸油壓機(jī)上進(jìn)行鍛造,形變溫度為1200－1350℃,形變速率為1×10
文檔編號C22C14/00GK1352315SQ01134630
公開日2002年6月5日 申請日期2001年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月8日
發(fā)明者林均品, 王艷麗, 陳國良, 宋西平, 惠希東, 林志, 劉志成 申請人:北京科技大學(xué)