[发明专利]提高粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金力学性能的多道次等温热轧方法

说明书

本发明提出一种提高粉末冶金Ti‑22Al‑25Nb合金力学性能的多道次等温热轧方法，其具体步骤包括加热炉升温到设定目标温度，轧件放入加热炉中保温，多道次等温热轧，道次间回炉保温和多道次等温热轧后合金空冷。该多道次等温热轧方法能够同时提高粉末冶金Ti‑22Al‑25Nb合金的塑性和强度，改善其综合力学性能，具有成形过程操作简单、综合力学性能改善效果明显的优点，满足对粉末冶金Ti‑22Al‑25Nb合金强韧化的实际需求。

技术领域

本发明属于钛合金变形加工技术领域，特别涉及一种提高粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金力学性能的多道次等温热轧方法。

背景技术

近些年来，Ti₂AlNb基合金由于其比强度高、耐腐蚀性优异和耐高温等优点，成为在航空航天领域最具潜力的轻质高温结构材料。粉末冶金作为一种近净成形技术，具有简单、高效、低成本、高纯度和环保的特点，已经成为制备Ti₂AlNb基合金的有效方法。放电等离子烧结技术(SPS)是一种压力辅助脉冲电流粉末烧结工艺，它能够在焦耳热、等离子体和电场的综合作用下对粉末进行快速加热和固化，具有加热速度快、烧结温度低、烧结时间短、烧结周期短的优点，与传统的烧结方式如热等静压烧结(HIP)、热压烧结(HP)相比可以降低能耗，实现优质快速高效烧结，并可以达到细化微观组织，避免元素的大规模偏析，获得高均匀和高密度的化学成分的效果。Ti-22Al-25Nb(at.％)合金作为第二代Ti2AlNb基合金，其主要由体心立方B2相、有序正交O相和密排六方α₂相组成，它不仅在室温和高温下表现出优良的力学性能，而且具有密度低、熔点高、抗氧化和抗蠕变能力高的特点，得到了国内外学者的广泛关注。但是由于Ti-22Al-25Nb合金的可塑性和可加工性较差，在工程技术应用领域具有一定的局限性，所以对Ti-22Al-25Nb强韧化方面的研究变得愈发的重要。此外，由于Ti-22Al-25Nb合金的组织类型比较复杂，不同的塑性加工方法以及变形温度均会对变形后合金的组织类型产生影响，进而进一步影响合金的综合力学性能，所以利用大变形的加工方法对合金进行组织和性能方面的改善变得行之有效。

常见的大变形加工方法包括锻造、挤压、轧制等。锻造是对金属材料施加压力，以压力成型机械为主要工作介质，通过模具、夹具、治具、工装等设备进行压力传导达到特定的机械性能、塑性、外观和工艺要求；挤压是通过金属变形和流入型腔完成，在极高的型腔内温度下压缩型腔内的金属材料，使其在三向不均匀压应力作用下实现塑性变形。锻造和挤压的过程中需要提供在极端应力条件下具有润滑和过滤作用的介质，这些介质需要承受极端温度和压力条件，如果不满足需求，产品经营和生产会遭受损害，导致生产和声誉受损。而轧制成形技术与锻造和挤压相比具有操作简单、实施性强的优点，逐渐的成为最具符合使用需求的加工工艺方法。

轧制成形技术是借助轧辊与轧件之间的摩擦力将轧件咬入不同旋转方向的轧辊间，同时依靠轧辊施加的压力来使轧件发生塑性变形的一种材料加工方法。轧件通过轧制后，不仅使轧件的形状、尺寸发生变化，而且轧件的组织和性能也得到相应的改善和提高。根据轧制温度的不同，可以分为冷轧、温轧和热轧三种方式。热轧是在再结晶温度以上进行的轧制，热轧时金属塑性高，变形抗力低，大大降低了金属变形的能量消耗，降低了成本，而且采用大压下量轧制，能够提高生产效率，为轧制过程的连续化和自动化的实现创造了条件，更为重要的是，热轧能够消除组织缺陷，能够大大提高金属及合金的加工性能，改善金属及合金的综合力学性能。然而，目前关于Ti-22Al-25Nb合金的大塑性变形方面的研究，主要可见于热锻造、热挤压、高压旋扭等，关于采用多道次热轧工艺改善Ti-22Al-25Nb合金综合力学性能的研究还未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种能够同时改善粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金的强度和塑性，实现合金的强韧化，提高其力学性能的热轧方法。

为解决上述技术问题，本发明提出一种提高粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金力学性能的多道次等温热轧方法，其包括以下具体步骤：