[发明专利]一种Ti2AlNb基合金大规格均匀细晶棒材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于Ti-Al系金属间化合物材料加工技术领域，涉及一种Ti₂AlNb基合金大规格均匀细晶棒材的制备方法。

背景技术

Ti₂AlNb基合金属于Ti-Al系金属间化合物材料，它综合了Ti₃Al与TiAl的性能优点，具有较好的室温塑韧性，高的比强度，良好的蠕变抗力与抗氧化性能，同时兼具较好的高温成形能力，是一种极具潜力的轻质耐高温结构材料，有望替代传统的镍基高温合金成为航空航天发动机热端部件、高超音速飞行器尾舵与热防护结构等部件的重要选材，对于提高发动机的推重比，增加武器装备的耐温等级具有重要作用。制造航空、航天领域大尺寸的结构锻件，如发动机机匣，盘形件等，需要大规格的坯料，同时为提高坯料的成形能力并满足最终锻件的性能要求，坯料的组织要求均匀细小。虽然Ti₂AlNb基合金具有一定的热工艺塑性，其半成品及最终成品部件的制备均可采用类似传统钛合金的工艺。但作为一种金属间化合物材料，其又具有自身的工艺特点。变形抗力大、工艺塑性不足与裂纹敏感性高的问题一直是制约Ti₂AlNb基合金大规格均匀细晶棒材制备需要克服的技术难点。

发明内容

本发明的目的是：提供一种Ti₂AlNb基合金大规格均匀细晶棒材的制备方法，以便克服Ti₂AlNb基合金铸锭变形抗力大，工艺塑性不足，锻后组织均匀性差，锻造易开裂及成材率低的难题。

本发明的技术方案是：一种Ti₂AlNb基合金大规格均匀细晶棒材的制备方法，大规格棒材是指直径为150mm～500mm的棒材，其特征在于，制备的步骤如下：

1、成分均匀化处理：将Ti₂AlNb基合金铸锭放入加热炉进行成分均匀化处理，加热温度为1150℃～1250℃，保温时间为10h～30h，炉冷或空冷；铸锭入炉前表面涂覆0.1mm～3mm厚的耐高温防氧化涂料；

2、开坯锻造：对步骤1获得的坯料进行3火次～5火次软包套开坯镦拔锻造，坯料的始锻温度为1050℃～1200℃，每火次完成一镦一拔，镦拔变形 量均为25％～45％，终锻温度不低于800℃，每火次锻后自然冷却；

3、β转变温度以下锻造：在950℃～1050℃的始锻温度区间对步骤2获得的锻坯进行1火次～2火次软包套镦拔锻造，每火次完成一镦一拔，镦拔变形量均为25％～45％，终锻温度不低于750℃，每火次锻后自然冷却；

4、测试锻坯的β转变温度T_β：按照国标GB/T 23605的方法测试步骤3获得的锻坯的β转变温度T_β；

5、β转变温度以上锻造：在T_β以上20℃～50℃的始锻温度区间对步骤3获得的锻坯进行1火次～3火次软包套镦拔锻造；每火次完成一镦一拔，镦拔变形量均为25％～45％，终锻温度不低于800℃，每火次锻后自然冷却；

6、β转变温度以下锻造：在T_β以下20℃～100℃的始锻温度区间对步骤5获得的锻坯进行5火次～10火次软包套镦拔锻造，每火次完成一镦一拔，镦拔变形量均为25％～45％，终锻温度不低于750℃，每火次锻后自然冷却；

7、滚圆成形：在T_β以下20℃～100℃的始锻温度区间对步骤6获得的锻坯进行1火次～2火次软包套滚圆成形，每火次变形量为15％～30％，终锻温度不低于700℃，每火次锻后自然冷却，获得Ti₂AlNb基合金大规格均匀细晶棒材。

本发明的优点是：提供了一种Ti₂AlNb基合金大规格均匀细晶棒材的制备方法，克服了Ti₂AlNb基合金铸锭变形抗力大，工艺塑性不足，锻后组织均匀性差，锻造易开裂及成材率低的难题，实现棒材高效稳定的制备。

本发明利用形变再结晶原理，通过不同温度下多火次的热机械处理破碎Ti₂AlNb基合金粗大的铸态组织，经过多火次累积的锻造变形与再结晶作用，细化了棒材组织的同时，保证了棒材组织的均匀性，同时结合软包套锻造工艺，有效防止坯料锻造开裂，大幅提高成材率，最终实现规格为Φ(150～500)mm均匀细晶棒材的制备。所制棒材的低倍组织为均匀的模糊晶，原始β晶粒尺寸在200μm以下。