[发明专利]热加工温控保温材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种保温材料及其制备方法和应用，用于冶金与机械行业金属材料热加工过程中锻造温度的控制保温，特别是高温合金、钛合金等需要严格控制坯料变形温度的情况。

背景技术

高温合金、钛合金在航空航天、国防军工、船舶制造、能源化工等领域得到广泛应用。在现代航空涡轮喷气发动机、火箭发动机、地面发电机组与舰船动力用大型燃气轮机以及化工设备中，工作温度600℃以上的高温承力部件，以及需要在高温氧化腐蚀性介质环境下工作的部件，通常需要采用镍基和铁镍基高温合金制造。钛合金具有轻比重、高力学性能、耐低温的突出优势，因此成为飞机、航天器、潜艇等的理想结构材料。高温合金与钛合金的共同特点是热加工成型难度大，同时材料的最终组织性能对热加工工艺敏感。

镍基高温合金从室温到高温具有稳定的面心立方奥氏体基体，不存在同素异构转变，因此控制热塑性变形过程中的动态再结晶行为，是调整材料微观组织的唯一途径。合金在热加工过程中形成的、对材料性能产生不利影响的各种异常组织，往往无法通过后续热处理工艺进行有效的调整，所以利用变形条件与合金热变形行为之间的关系，通过优化热加工工艺来实现对微观组织的控制就成为重要的手段。对于钛合金而言，通常需要在热加工过程中利用α相与β相之间的同素异形转变，来控制材料的微观组织和力学性能，因此钛合金锻造过程中也需要对变形温度进行严格的控制。综上所述，在高温合金与钛合金部件的制备过程中，能否对材料的热加工变形温度进行有效控制，是实现锻件成型、获得预定组织性能的决定性因素。

对于高合金化、高性能的高温合金与钛合金锻件，都存在可变形温度区间窄、热变形塑性差、变形抗力随着变形温度的降低而大幅度升高的突出问题，不仅材料的热变形塑性急剧恶化，增大了热加工成型的难度，同时合金热变形行为的温度与应变速率敏感性随合金化程度的提高而增大。微观组织演变机制也呈现出新规律、新特点：合金热变形过程中的组织演变不仅受到变形温度、应变速率、应力状态与变形量等变形工艺条件的直接控制，同时合金的变形前热历史、成分偏析、溶质元素行为和固态相变对微观组织的影响更加显著，变形诱导过饱和固溶体分解对相变过程的影响、动态析出相影响位错组态和晶界迁移而导致的动态应变时效效应等多种动力学机制交互作用，呈现出复杂的规律，给微观组织控制带来了极大的困难。微观组织控制对变形工艺条件的要求比材料热变形塑性的限制更加苛刻。上述特征导致合金的锻造成型困难、成材率低。特别是沉淀强化相含量超过40％的镍基高温合金和大尺寸复杂结构钛合金锻件的热加工成型，对锻造温度的控制精度提出了苛刻的要求，热变形塑性许可的变形温度范围通常小于100℃，而微观组织与力学性能所要求的温度范围往往更小，需要采取等温锻造和热模锻造等特殊的工艺措施才能保证锻造成型的顺利实现。

等温锻造工艺是将模具加热至与坯料变形温度接近的高温，坯料的变形过程可以近似认为是热平衡过程，因此可以对材料的变形温度进行精确控制。钛合金等温锻造过程中模具通常需要加热至850℃～1000℃，高温合金等温锻造过程中模具则需要加热至1000℃～1150℃，模具材料需要采用高温合金、金属间化合物和难熔合金等特种材料，其中Mo合金等模具材料还需要在惰性气体保护条件下工作。由于模具材料的强度随使用温度的升高而下降，同时为了满足等温锻工艺条件的要求、维持锻件的超塑性状态，等温锻造的应变速率通常低于10^-3s^-1。因此等温锻造工艺在较好地解决锻造温度控制问题的同时，也存在生产效率低、生产成本高的问题。对于要求通过应变强化和热机械处理工艺提高性能的材料、大尺寸和复杂结构的锻件、铸锭的自由锻开坯和轧制等变形工艺，以及在对生产效率和生产成本有一定要求的情况下，等温锻造工艺均不能满足要求。