[发明专利]用于强化金属材料组织的方法及金属坯件

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料的处理方法，特别是用于强化(Konsolidierung)金属材料的组织，并且涉及一种金属坯件。

背景技术

迄今所采用的传统的金属材料处理及成形技术所达到的强化结果一般不能满足所希望的要求。一些特殊金属材料、如钛铝合金(Titanaluminide)族或镁材料族，按照目前所采用的传统处理及成形技术、如通过锻造或挤压，始终还具有明显的化学上和结构上的不均匀性，这对在一定技术使用场合是不能容许的。公知的处理及成形技术的不足之处首先在于，其只能达到比较低的变形程度。这些金属材料例如在热负荷和机械负荷高的场合中使用时，如飞机喷气发动机的涡轮叶片或汽车驱动装置的连杆，这一情况是不能被接受的。

如金属间合金的钛铝合金这样的金属材料很脆，因此是很难进行成形加工的材料。至今这类金属材料只能通过熔化冶金的方法来制造，其中主要采用真空电弧熔化、等离子熔化和感应熔化方法。尽管熔化物大多经过两到三次的熔化，但在铸件中仍存在明显的质量缺陷，主要体现在带有明显晶体择优取向性的粗颗粒组织、强烈的上升(成分中局部变化)以及出现气孔等。类似的缺陷不仅在例如钛铝合金的初级铸件中出现，而且在许多其它的金属材料中也有这种现象，因此如上所述，它们不适合用于由铸造材料直接加工成构件。因此，作为初级铸件的这种材料必须经过结构上和化学上的强化。为此，通常采用通过锻造或挤压高温成形，其中，对于金属合金，主要力求达到使组织明显细化以及平衡材料成分的局部变化。

迄今，铸造材料的组织通过再结晶过程和相变被强化，再结晶过程和相变通过在高温成形过程中向材料中施加机械能而实现。因此，经过成形加工后形成的组织其细度和均匀度除了取决于变形温度和变形速度外，主要取决于变形程度、也就是材料在成形时所达到的塑性变形尺度。在传统的通过压缩的单级锻造中，这种变形程度大多被局限于90％到95％的大的缩小率。对于这样的变形程度，通常在锻件周边会产生二次拉应力，其经常导致产生裂纹。这一点对于脆的金属材料如钛铝合金是突出的问题，因此这类材料大多只能大体较弱地变形。较高的变形程度要求多级锻造，这很费事并且不能够使用于所有希望的构件形状。

特别的缺点还在于，对于1000℃以上的锻造还没有合适的模具材料以供使用。迄今在1000℃温度以下使用的钼合金只能在使用保护气体的情况下工作，这使得实际的锻造工艺很难实施而且费用很高。

迄今同样用于成形的挤压工艺大多较锻造工艺能够达到明显更高的变形程度。也可以通过叠加静液压压力使脆性材料也能够相对较好地成形。但在实际应用中，在挤压时达到的变形程度由于所希望的成形件几何形状大多局限于约10∶1的横截面减小率。此外，不足之处在于，挤压工艺较锻造工艺要求明显较高的温度。因此，如钛铝合金那样对于氧化和腐蚀非常敏感的材料，在挤压时必须被特别地封闭，这相对费事并且成本高。

发明内容

因此，本发明的任务是，提供一种开头所述类型的方法，用该方法能够实现相对于迄今所采用的方法大大改善了对材料组织的强化的金属材料处理，其中，该方法应当也可用于脆的、因而迄今很难成形加工的材料、如金属间的合金。

根据本发明，上述任务通过以下方法步骤解决：

a)制成一个金属材料坯件，

b)加热该坯件到变形温度，以及

c)使该坯件变形。

前面所述意义上的坯件意味着一个由上述类型的金属材料制成的元件，这种材料可能经过多次熔化，其被如迄今为了挤压或锻造而被预处理过那样地处理过。

这样意义上的这种金属元件为了科学研究目的可以是一个相应的试件，但也可以是一个用于制造最终产品的半成品，如制造喷气发动机涡轮叶片或汽车驱动装置连杆。

借助于本发明的解决方案，坯件可用金属材料制成，如同所追求的，利用这些坯件能达到明显改善的金属材料组织强化，其中，对于脆性的、因而难以成形加工的金属材料使用本方法，也显示出涉及根据本发明可达到的组织的结果，其甚至显著超出该方法所期待的目标，也就是说，对组织的结构性和化学性强化相对于借助公知的锻造和挤压方法所能达到的组织状况明显改善。本发明方法进一步的重要优点在于，坯件被加热应达到的变形温度可以明显低于在迄今公知的锻造和挤压工艺中所必须达到的温度。