[发明专利]一种钛铝合金铸锭的包套开坯锻造成型工艺

说明书

一种钛铝合金铸锭的包套开坯锻造成型工艺，包套由相连的上盖板、中部筒体以及下盖板三个部分组成，上盖板、下盖板以及中部筒体的表面粗糙度不大于6.3μm；将下盖板与中部筒体底部焊接为一个整体；将钛铝铸锭装入焊接有下盖板的筒体内腔；将上盖板与筒体顶部焊接为一个整体，然后进行加热后进行镦粗锻造后，进行去应力退火。钛合金包套与被包的钛铝合金铸锭在整个开坯锻造过程中紧密贴合，不仅起到防止内部钛铝坯料散热的作用，而且随着锻造镦粗的进行，钛合金包套对其被包的钛铝锻坯产生越来越大约束力(即压应力)，这种压应力可显著提高钛铝合金铸锭的变形塑性，能够明显抑制钛铝的变形开裂。

技术领域

本发明属于难变形有色金属材料热加工塑性成型技术领域，涉及一种钛铝合金铸锭的包套开坯锻造成型工艺。

背景技术

钛铝属于金属间化合物，由于其原子的长程有序排列和原子间金属键与共价键的共存性，使其可能兼有金属的塑性和陶瓷的高温强度。钛铝合金的弹性模量、抗蠕变性能等与目前航空航天发动机大量使用的镍基高温合金相当，而钛铝合金的密度仅为镍基高温合金的一半甚至更低，而且其使用温度有望达到900℃。钛铝合金是650℃～1000℃最佳的候选材料，有望在航空发动机、航天发动机、超高音速飞行器壳体、翼面等高温部件的制造领域获得工程应用，已部分或全部替代目前大量使用的高密度镍基、铁基、钴基高温合金材料。由于钛铝合金的这些优势，使其在航空航天发动机用材中得到了高度重视。

但是，钛铝合金是一种有序金属间化合物，具备有序金属间化合物的特点即本质脆性，其本质脆性决定了钛铝合金的室温塑性和断裂韧性很低，室温拉伸延伸率不足1％即会断裂。由于本质脆性导致其铸锭的锻造开坯性能非常差，极易开裂，所以钛铝合金的热加工成型难度很大，已经成为目前制约钛铝合金工程应用研究和推广应用的主要技术瓶颈问题，要想钛铝合金获得工程化应用，首先要解决其铸锭开坯锻造成型过程中的开裂问题。

普通的开坯锻造工艺方法不能满足钛铝铸锭的开坯锻造，因为钛铝铸锭的锻造开裂问题不能得到有效控制。因此，为了改善钛铝合金铸锭的开坯锻造工艺性能，目前课题研究者一般采用等温锻造+包套的工艺方法对钛铝合金铸锭进行开坯锻造。等温锻造可显著提高材料的工艺塑性，包套可减少内部坯料的温度损失。

目前包套材料一般选用普通的耐热不锈钢，如1Cr18Ni9Ti等材料作为坯料的包套金属材料。这些铁基的不锈钢包套材料随坯料一同加热到1000℃以上的锻造温度时，其自身的强度远远低于内部被包的难变形合金坯料，仅能起到防止内部坯料散热的作用，不能起到应力束缚的作用。而且，由于包套的不锈钢与难变形合金锻坯之间的高温变形性能相差过大，在锻造成型过程中两者之间很快就形成大的间隙、甚至造成包套变形过大而脱落。

发明内容

本发明的目的是解决常规的耐热不锈钢包套遇到高温变形与锻坯不匹配问题，提供一种钛铝合金铸锭的包套开坯锻造成型工艺，选用高温变形抗力较大、高温强度较高、高温变形塑性较好的钛合金材料作为钛铝合金铸锭开坯锻造成型的包套材料，使得钛合金包套与被包的钛铝合金铸锭在整个开坯锻造过程中紧密贴合，钛合金包套不仅起到防止内部钛铝坯料散热的作用，而且随着锻造镦粗的进行，钛合金包套对其被包的钛铝锻坯产生越来越大约束力(即压应力)，这种压应力可显著提高钛铝合金铸锭的变形塑性，能够明显抑制钛铝的变形开裂。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：

一种钛铝合金铸锭的包套开坯锻造成型工艺，包括以下步骤：

1)包套材料制备：包套由相连的上盖板、中部筒体以及下盖板三个部分组成，包套采用钛合金锻件车削加工而成，上盖板、下盖板以及中部筒体的表面粗糙度不大于6.3μm；

2)焊接下盖板：将下盖板与中部筒体底部焊接为一个整体；

3)装料：将钛铝铸锭装入焊接有下盖板的筒体内腔；

4)焊接上盖板：将上盖板与筒体顶部焊接为一个整体，得到包有钛合金包套的钛铝铸锭；