[发明专利]一种TiAl基合金板材超塑性成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛铝基合金板材超塑性成形的方法，特指系一种大尺寸钛铝基合金板材超塑性成形的方法；属于钛铝基合金塑性加工技术领域。

背景技术

钛铝基合金比强度高、比刚度高、密度低、阻燃性能和高温抗氧化、抗蠕变性能好，是一种非常有潜力的轻质高温结构材料，在航空航天、汽车制造等工业领域有着广阔的应用前景。钛铝基合金板材除了可以直接用作结构材料外，还可以用于近净成形航空、航天发动机的零部件以及超高速飞行器的翼、壳体、热区蒙皮，涡轮叶片，导弹尾翼等。然而，钛铝基合金较脆，属于难变形材料，用传统的方法对钛铝基合金进行加工变形很困难，尤其是在生产制备形状复杂或尺寸较大的零件如飞行器壳体、涡轮叶片时，传统的成形技术无法有效地发挥作用。

超塑性成形技术作为一种“新型高效”的技术，它在难加工材料的成形和航空工业领域显示出的巨大优越性越来越受到研究者们的重视。材料在进行超塑性成形时变形抗力小、变形量大、易成形，因此，利用超塑性成形技术对钛铝基合金进行加工具有巨大优势。目前，国内外已经有许多关于钛铝基合金超塑性成形的研究。Imayev等人在1000℃条件下对Ti-35.9Al(wt％)基合金坯料进行等温锻造，再进行后续不同的热处理后，发现在温度为1025℃、应变速率为0.83×10^-3s^-1～1.6×10^-3s^-1条件下，合金试样的延伸率为130％～250％，具有超塑性成形能力。Niu等人对锻造态的Ti-43Al-4Nb-2Mo-0.5B(at％)进行超塑性拉伸时，在温度为900℃～950℃、应变速率为1×10^-4s^-1～4×10^-4s^-1时，得到的延伸率为170％～405％，同样具有超塑性成形能力。

从他人的研究结果可以看出，虽然合金在特定的条件下均具备了超塑性，但是成分的差别会导致超塑性的温度和应变速率条件有较大的差别，并且对于特定的合金而言，必须同时具备温度和应变速率的条件才可能具有超塑性成形能力。另一方面，合金单向拉伸超塑性性能的研究和实际工业中利用超塑性成形方法制备零件还存在较大的差别，由于性能的研究主要关注简单的单向拉应力状态下的超塑性性能，而零件的超塑性成形时的应力状态要复杂很多，并非简单的单向拉伸，同时会受到周向挤压和摩擦力的作用，在多种应力的作用下，超塑性成形的条件相比与单向拉伸的条件，可比性较小，也就是说采用单向拉伸的超塑性条件进行零件的超塑性制备时，需要对条件进行较大的调整，且调整程度并不可预知。比如，周向压力应力的增加有利于提高合金的超塑性，但是摩擦力的存在则不利于合金的超塑性成形，所以调整方向存在较大的未知性。可见对于零件的超塑性成形，需要考虑温度、应变速率和显微组织以及模具形状等诸多因素，任何一个条件的变化，均会引起其它条件的相应变化。因此在超塑性成形条件的设置时，必须考虑多种因素的复合作用，已有的研究报道的条件主要对相应的材料和条件下具有指导性，但对于特定材料在特定条件下的超塑性成形，其工艺参数却具有唯一性，并非根据现有研究及报道可以直接获得。

对于铸锭冶金方法制备的TiAl合金板材的超塑性成形制备零件，由于本身很难制备大尺寸的板材，并且铸锭冶金方法制备的合金晶粒一般比较粗大，并且常常存在成分偏析或组织疏松的缺陷，导致其超塑性成形的难度增大。本发明专利基于前期板材超塑性行为的基础理论研究，提出了适合大尺寸板材超塑性成形的工艺方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种能生产较大尺寸零件的钛铝基合金板材超塑性成形的方法。

本发明一种TiAl基合金板材超塑性成形方法，包括下述步骤：

第一步：合金基体组织调整

取粉末冶金法制备的TiAl基合金，热轧为板材后，通过热处理方法调整TiAl基合金组织为γ相与α₂相的细小双态组织；

第二步：超塑性成形

将第一步得到的TiAl基合金与超塑性成形模具组装后整体加热至900～980℃，保温20～30分钟后，进行等温等速率成形；

第三步：稳定化处理

超塑性成形结束，出模后进行稳定化退火热处理。

本发明一种TiAl基合金板材超塑性成形方法，所述热处理方法的工艺参数为：保温温度1250～1270℃，保温时间为4～5小时，保温结束后空冷。