[发明专利]TiAl基合金叶片毛坯的超塑蠕变时效成形方法

说明书

一种TiAl基合金叶片毛坯的超塑蠕变时效成形方法，通过超塑蠕变时效成形方法，利用细晶TiAl基合金的超塑性成形叶片毛坯并调控其显微组织，工艺为：在较低温度和应变速率下对锻态细晶TiAl基合金进行等温锻造成形，同时进行时效热处理实现组织控制。本发明将等温模锻和时效热处理相结合，能有效提高TiAl基合金叶片毛坯的成形效率与成形质量，实现对细晶TiAl基合金叶片毛坯构件的控形和控性，使各晶粒的取向趋近随机分布，并且β相和α₂相演化充分，分布更加均匀。

技术领域

本发明涉及TiAl基合金塑性成形和热处理领域，具体是一种TiAl基合金叶片毛坯的超塑蠕变时效成形方法。

背景技术

TiAl基合金具有低密度、高比强度、高比刚度、以及较高的蠕变抗力等优点，是高温钛合金使用温度上限、高温合金使用温度下限区间减重的重要候选材料，在航空航天领域极具应用潜力。但是，由于TiAl基合金的本征脆性，其变形抗力大、加工窗口狭窄，采用普通锻造难以成形。而等温锻造是一种适合TiAl基合金的成形方法，可以实现一道次或少道次将毛坯加工到近终尺寸，减少材料的损耗。

有研究介绍(Wrought TiAl blades,Janschek P:Materials Today:Proceedings,Vol.2S(2015),p.S92-S97.)，德国的Leistritz Turbinentechnik公司采用等温模锻和锻后热处理制造出200mm长的TNM合金(Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B at.％)低压涡轮叶片，截止2015年，已经有超过1万件该叶片生产出来装备普惠公司PW1000G系列航空发动机，挂载该发动机的空客A320neo客机已于2014年完成首飞。

为了进一步提高TiAl基合金的成形能力，自上世纪90年代初期人们就开始对TiAl基合金的超塑性开展相关研究，发现在一定条件下(较低应变速率、较细初始组织)几乎所有的多相TiAl基合金均可表现出超塑性，并积累了大量超塑性能数据。因此，对于细晶TiAl基合金，在等温模锻温度区间的下沿，较低的应变速率下，可以利用合金表现出的超塑性成形结构复杂的构件，称为超塑等温模锻(通过控制应变速率加载)和蠕变成形(通过控制压力加载)。另外，利用TiAl基合金超塑性成形还具有以下优点：在超塑性区间内变形，由于晶粒长大和细化的动态平衡，构件不同部位的组织更均匀；晶界滑动使合金晶粒转动减小织构，从而提高合金塑性；变形后合金的回弹小，便于提高构件的尺寸精度；在超塑性区间内变形合金流变应力低，可以通过小吨位的设备成形更大尺寸和重量的构件，并且可以适当降低变形温度减少对模具的损耗。

另外，有研究表明(Microstructure and mechanical properties of a forgedβ-solidifyingγTiAl alloy in different heat treatment conditions,Bolz S,Oehring M,Lindemann J,Pyczak F,Paul J,Stark A,Lippmann T,Schrüfer S,Roth-Fagaraseanu D,Schreyer A,WeiβS:Intermetallics,Vol.58(2015),p.71-83.Experimental study of the dissolution and reprecipitation behaviors ofω₀phase in high Nb containing TiAl alloy,Bin Tang,Wenchao Ou,Hongchao Kou andJinshan Li:Materials Characterization,Vol.109(2015),p.122-127.)，对锻造变形后TiAl基合金在700-1200℃进行等温时效处理，可以调控合金中的片层组织形态及弥散相的溶解和析出，从而在一定范围内调控合金的组织和性能。