[发明专利]一种无包套热加工TiAl合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及TiAl合金锻造方法。

技术背景

随着航空、航天技术高速发展，飞行器和运输工具速度的提高，对轻质、高强高温结构材料的性能提出了更高的要求。TiAl合金具有密度低、高的比强度和比弹性模量、良好的抗蠕变及抗氧化能力等突出特点，使其成为航空、航天工业领域极具竞争力的材料。然而，TiAl合金铸态组织粗大，需要通过热加工变形进一步细化组织，提高性能。TiAl合金热加工窗口小，变形抗力大，对加工温度要求较高，因此TiAl合金的热加工变形通常采用包套锻造、包套挤压、包套轧制等工艺。通过不锈钢包套的保温作用，减少温度的降低，提高变形能力。然而，不锈钢包套的使用，不但带来工艺的繁琐，增加了生产时间，而且带来资源的浪费，进一步增加了生产成本。本发明采用六钛酸钾晶须陶瓷纤维毯包覆TiAl合金，并外加700℃-750℃保温炉，减小了合金的温降；采用BN自润滑陶瓷颗粒乳膏作为润滑剂，减少了TiAl合金与压头之间的摩擦，提高了成形能力。本发明解决了TiAl合金锻造过程中工序繁杂，资源浪费，经济效益低的缺点，使TiAl合金在普通压机上直接进行无包套锻造，提高了生产效率，减少了生产成本。

发明内容

本发明要解决现有的包套锻造TiAl合金工艺繁杂、资源浪费、生产成本高的缺点，而提供一种低成本无包套锻造TiAl合金的方法。

本方法的具体步骤：

一、将TiAl合金铸锭用电火花线切割加工成高径为1.5:1-2:1的圆柱，这样的圆柱具有良好的变形稳定性，变形过程中不产生失稳。为了减小摩擦和缺陷导致的锻饼四周的开裂，用车床将圆柱的上下底面车光，表面粗糙度达到Ra 1.2-0.8。

二、将BN乳膏均匀的涂抹于TiAl合金的侧表面及上下两个底面，防止TiAl合金的高温氧化并减小上下两个底面与压头的摩擦。

三、采用厚度为5-10mm的六钛酸钾晶须陶瓷纤维毯包覆TiAl合金，并在1200℃-1250℃下随炉升温，保温30-90min，利用六钛酸钾晶须陶瓷纤维毯减小TiAl合金的温降，保证TiAl合金的变形温度。

四、将对开式、无底座电阻炉在压力机台面上加热到700℃-750℃，将步骤三中保温后的TiAl合金夹持到电阻炉内。以0.01-0.05s^-1的应变速率对TiAl合金进行无包套锻造，变形量为75%-80%。

本发明的有益效果是：一、本发明无包套锻造，减少了包套封焊，去包套车削等步骤，工艺简单，成本低，避免浪费；二、本发明通过涂抹BN乳膏，降低了TiAl铸锭与压力机之间的摩擦，提高了变形组织均匀性。

具体实施方式

采用下述试验验证本发明效果：

试验一：一种低成本无包套锻造TiAl合金的技术方法，具体是按以下步骤完成的：

一、将合金成分为Ti-44Al-4Nb-4V-0.3Mo的TiAl合金铸锭用电火花线切割加工成高径比为2：1的圆柱，并用车床将圆柱的上下底面车光，表面粗糙度达到Ra 1.2。二、将BN乳膏均匀的涂抹于TiAl合金的侧表面及上下两个底面。三、采用厚度为5mm的六钛酸钾晶须陶瓷纤维毯包覆TiAl合金，并在1200℃下随炉升温，保温30min。四、将对开式，无底座电阻炉在压力机台面上加热到700℃，将预热好的TiAl合金夹持到电阻炉内，以0.05s^-1的应变速率对TiAl合金进行无包套锻造，变形量为80%。

Ti-44Al-4Nb-4V-0.3Mo在采用本发明的无包套锻造后，锻饼表面质量良好。

试验二：一种低成本无包套锻造TiAl合金的技术方法，具体是按以下步骤完成的：

一、将成分为Ti-44Al-8Nb-0.2Mo的高Nb-TiAl合金铸锭用电火花线切割加工成高径比不超过1.5：1的圆柱，并用车床将圆柱的上下底面车光，表面粗糙度达到Ra0.8。二、将BN乳膏均匀的涂抹于TiAl合金的侧表面及上下两个底面。三、采用厚度为10mm的六钛酸钾晶须陶瓷纤维毯包覆TiAl合金，并在1250℃下随炉升温，保温90min。四、将对开式，无底座电阻炉在压力机台面上加热到750℃，将预热好的TiAl合金夹持到电阻炉内，以0.01s^-1的应变速率对TiAl合金进行无包套锻造，变形量为75%。

具有较小热加工窗口的Ti-44Al-8Nb-0.2Mo，采用本发明进行无包套锻造后，锻饼表面质量良好。