[发明专利]一种含Cr和Mo的β凝固TiAl合金多向包套锻造方法

说明书

本发明公开了一种含Cr和Mo的β凝固TiAl合金多向包套锻造方法，首先，按照42％～44％Al、1％～3％Cr、0.5％～1％Mo、0.1％～0.5％B，余量为Ti，制备合金铸锭；然后，将合金铸锭进行均匀化处理和热等静压处理后进行切割包套；最后，将包套后的TiAl合金铸锭在液压机上进行多向锻造。本发明解决了现有TiAl合金在单向锻造时变形不均匀、锻坯组织和性能各向异性强、合金热加工性能较差且难以在非等温锻造设备上进行多向变形的问题。本发明工艺简单、加工成本低、材料利用率高，得到的β凝固TiAl合金锻坯具有均匀细小的显微组织和良好的室温塑性。

技术领域

本发明涉及TiAl合金技术领域，具体涉及一种含Cr和Mo的β凝固TiAl合金多向包套锻造方法。

背景技术

TiAl合金是一种在航空航天领域具有广阔应用前景的新型轻质高温结构材料，具有低密度、高强度、优异的抗蠕变性能和抗氧化性能等诸多优点，是制备航空发动机叶片、涡轮和格栅的理想备选材料之一，具有广阔的工程应用前景。利用TiAl合金替代航空发动机中广泛使用的镍基高温合金或钛合金，能够有效实现发动机减重，提高发动机推重比。目前TiAl合金在国外已经开始了初步工程应用，但国内尚未有关于TiAl合金应用的报道。这主要是由于TiAl合金始终面临两个问题：高温成形性能较差和室温塑性较低。

热机械加工(锻造、挤压或轧制)能够有效细化TiAl合金的显微组织，提升合金的机械性能。但传统TiAl合金热加工性较差，其锻造研究主要集中于一步或多步单向包套锻造。单向包套锻造虽然工艺比较简单，也能在一定程度上细化合金的晶粒尺寸，但锻坯存在严重的组织不均匀现象：与锻压设备接触的部分不发生变形，组织保持初始状态；锻坯边缘变形量较小，组织较为粗大；芯部变形量最大，组织较为细小。这种组织不均匀导致锻坯机械性能具有很强的各向异性。为了尽可能降低组织不均匀的影响，一般只取锻坯芯部使用，这就导致了极大浪费。

相对而言，多向锻造技术能够从多个方向对合金进行加工，进而改善合金的组织均匀性，提高合金的力学性能。目前该技术已经成功应用于镁合金、铝合金及钛合金等多种材料。但传统TiAl合金难以适应这种大变形工艺，且部分关于TiAl合金多向锻造的探索也只能在等温锻造设备上进行。例如申请号为201610965425.5，发明名称为含纳米Y₂O₃的细晶高强TiAl合金及其制备方法的发明专利申请，采用将坯料抗氧化处理后，在多向等温锻压机上进行多向锻造的方法解决现有铝钇中间合金添加导致富Y相分布不均且尺寸相差较大，而现有的机械热处理技术带来的显微组织和力学性能的各向异性的问题。其锻坯组织均匀，晶粒细小，在三个方向上均具优异的力学性能。但是当前能够承受高温(＞1200℃)的等温锻造设备昂贵且稀少，成本太高。且该方法需要重复1-3次多向锻造加低温再结晶处理，操作复杂，不利于实际推广应用。

通过向TiAl合金中添加一定量的β相稳定元素(如Cr、Mo)，使合金发生β凝固，能够保证其在热加工温度含有无序的体心立方β相，从而显著提高TiAl合金的高温变形能力，这类合金被称为β凝固TiAl合金。截至目前，国内外尚未有关于β凝固TiAl合金在非等温锻造设备上实现多向包套锻造的报道。

发明内容

本发明的目的是要解决上述现有技术中的TiAl合金在单向锻造时变形不均匀、锻坯组织和性能各向异性强、合金热加工性能较差且难以在非等温锻造设备上进行多向变形的问题，提供一种含Cr和Mo的β凝固TiAl合金多向包套锻造方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种含Cr和Mo的β凝固TiAl合金多向包套锻造方法，首先，按照原子百分比，各元素含量分别为：42％～44％Al、1％～3％Cr、0.5％～1％Mo、0.1％～0.5％B，余量为Ti，制备合金铸锭；然后，将合金铸锭进行均匀化处理和热等静压处理后进行切割包套；最后，将包套后的TiAl合金铸锭在液压机上进行多向锻造。

具体地，本发明一种含Cr和Mo的β凝固TiAl合金多向包套锻造方法，包括以下工艺步骤：