[发明专利]一种室温塑性优异的钛铝基合金制备方法

说明书

本发明公开了一种室温塑性优异的钛铝基合金制备方法，首先对TiAl基合金进行均匀化热处理，对均匀化热处理后的TiAl基合金进行多向次等温锻造变形处理，变形温度为700‑1000℃，变形速率为0.1‑0.001s^‑1，单工步变形量为5‑20％，变形道次为1‑3道次；锻造后对材料进行退火处理，在1150‑1350℃下保温3‑60min后空冷，从而实现对TiAl基合金晶粒尺寸和晶界结构的控制。本发明采用以上形变热处理步骤对材料进行反复处理，具有更好晶界结构调控的效果，能够提高TiAl基合金断裂强度和室温塑性等机械性能。

技术领域

本发明涉及一种高温合金领域技术，特别是一种室温塑性优异的钛铝基合金制备方法。

背景技术

具有好的高温强度、高的抗蠕变性和良好的抗高温氧化性的轻质TiAl基合金被认为是未来航空领域重要的高温结构材料。然而，TiAl基合金呈室温脆性(700℃以下塑性很差，伸长率2％-3％)，以及由此导致的热塑性变形加工能力差成为其应用的主要障碍。

近年来，为了改善和提高TiAl基合金的室温塑性，国内外研究者开展了大量的研究工作，获得了丰富的成果，但室温塑性指标仍没有达到实用化的要求。目前，细化晶粒被认为是唯一能同时提高TiAl基合金强度、改善塑性的有效手段。有研究表明：当TiAl基合金的晶粒尺寸为50nm时，其室温塑性达到50％，远远超过常规晶粒尺寸的塑性，且在常温下具有超塑性。因此，如何在TiAl基合金试样中，得到细小、均匀的显微组织，对改善和提高其室温塑性是十分有意义的工作。

大塑性变形法是细化合金晶粒的有效方式，目前对TiAl基合金的塑性变形研究集中在包套锻造和单向等温压缩工艺。包套锻造是TiAl基合金利用不锈钢包套材料的三向压力作用进行塑性变形，降低了TiAl基合金开裂的倾向，大部分包套锻造是经热处理炉升温到一定的温度后，从热处理炉取出进行快速锻造，虽然包套材料能减少合金在锻造过程中的热量损失，但是仍然不能达到恒温变形条件，而且变形速率较快，有开裂倾向；单向等温压缩是在高温条件下进行单方向的压缩，在恒温或近似于恒温条件下一个方向可以最多变形90％，但是变形超过60％后材料成饼状，形状发生较大改变，无法进形更多变形，而且较难加工成一定尺寸的零件，而且有开裂现象。所以包套锻造和单向等温压缩工艺虽然能够对TiAl基合金进行一定变形量的塑性变形，但是受到变形温度、变形速率和变形量的限制，无法做到恒温大塑性变形。

然而事实上，由于TiAl基合金本征脆性的存在，单纯通过晶粒细化得到的纳米晶与超细晶金属材料的室温塑性都很低。有研究表明：多晶TiAl基合金在破断前几乎不表现任何塑性，总是发生沿晶脆断。因此，从本征原因入手，通过改变材料内部微观结构状态，在保证高强度的前提下，提高其塑性是一条有效的途径。本专利利用晶界工程手段来进一步提高TiAl基合金室温塑性，控制和优化TiAl基合金材料的晶界特征分布，特别是在材料内部产生大量的孪晶(变形和退火孪晶)，也是获得高强韧等综合力学性能合金材料的有效途径，可以在细化晶粒的基础上，进一步改善TiAl基合金的室温塑性。

已有报道的TiAl基合金晶粒细化手段为较高温度下单向压缩变形，使材料发生动态再结晶细化晶粒，尚未见采用较低温多向次等温锻造结合后续退火热处理，使材料发生静态再结晶来控制材料晶粒尺寸的报道。已有报道的改善TiAl基合金室温塑性大都从合金化和细化晶粒方面入手，尚未见将TiAl基合金立足于晶界工程的概念，采用多向次等温锻造变形结合后续退火热处理以控制和优化TiAl基合金的GBCD、改善其室温塑性以及断裂裂纹与晶界的相互作用机制的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种室温塑性优异的钛铝基合金制备方法。

实现本发明目的技术解决方案为：一种室温塑性优异的钛铝基合金制备方法，包括以下步骤：

第一步，首先对TiAl基合金进行均匀化热处理；