[发明专利]一种TiAl合金近等温锻造方法

说明书

本发明公开了一种TiAl合金近等温锻造方法，包括：将预处理后铸锭放入包套中，将包套端盖与包套之间密封；将装入包套的铸锭放入热处理炉中匀速升温加热至1270‑1320℃，到目标温度后保温1‑2h；将液压机压头升温至600℃；完成至少四道次锻造和保温；其中，每进行下一个道次锻造压缩前，将铸锭均沿轴向方向旋转90°，且第一道次和第二道次锻造后的回炉保温时间为1.5h，第三道次及之后道次锻造后的回炉保温时间为1.5‑2.5h；最后一道次回炉保温结束后，随炉冷却至900℃，取出、冷却、去包套后得锻坯。本发明使得锻造过程处于一种近等温的环境，在普通锻机上便可以进行操作的同时减小锻坯的开裂倾向，降低了锻造成本，可以更好地用于α凝固TiAl合金的锻造。

技术领域

本申请属于金属间化合物锻造技术领域，尤其涉及一种TiAl合金近等温锻造方法。

背景技术

TiAl合金作为一种新型的轻质、耐高温、高比强结构材料，可在700～900℃温度范围内服役，在航空航天领域具有广泛的应用前景。采用TiAl合金代替传统的高温合金与高温钛合金制备高性能热端部件不仅可提高发动机的热机效率，更可实现大幅度结构减重，因此，TiAl合金成为近年来的研究热点。

目前，Ti-48Al-2Cr-2Nb合金是应用最为广泛的TiAl合金材料。对于这类α凝固TiAl合金，铸造是其常用的热成型方法。但是，铸造工艺常常存在铸态组织粗大、易产生缩松缩孔、性能不足等缺陷，而对TiAl合金铸锭进行开坯锻造可以显著细化晶粒，消除铸锭缺陷，提高TiAl构件的力学性能与服役安全性。不过，由于TiAl合金具有本征脆性，其热加工窗口较窄，如果采用传统的一次大变形量锻造工艺，铸锭极易开裂。而且铸锭在变形过程中存在变形不均匀的现象，锻后组织不均匀。另外，TiAl合金的热成形温度高(可达1200℃)，如果采用等温锻造方法又会对锻机设备提出更苛刻的要求，极大地提高生产成本，限制TiAl合金的工业化应用。因此，“近等温+包套+小变形量+多道次”的锻造方法是解决该问题的重要手段之一。由于每一道次锻造变形量较小，铸锭处于近等温环境，可以有效地防止锻造过程中铸锭开裂，又能降低对锻造设备的要求，而锻造过程中发生的片层团破碎和动态再结晶行为又可以很好地实现组织细化的目的。此外，道次间的回炉保温可以使锻坯释放一定的应力，进一步降低后续锻造过程中的开裂风险，并且利用保温过程中发生的亚动态再结晶降低锻坯各部位组织的差异性，从而获得组织细小均匀的锻坯。为此，多道次近等温锻造技术成为国内外TiAl合金研究热点。

通过专利检索发现，申请号为201710502234.X，名称为“一种无包套热加工TiAl合金的方法”的专利中，采用厚度为5-10mm的六钛酸钾晶须陶瓷纤维毯包覆高径比为1.5:1-2:1TiAl合金圆柱来减小温降，然后在1200-1250℃下随炉升温，保温30-90min，以0.01-0.05s^-1的应变速率进行无包套锻造，变形量为75-80％。该方法虽然减少了包套封焊，去包套车削等步骤，工艺简单，成本低，但是铸锭的高径比受到了限制，如果进一步增大高径比(h:d≥2:1)则会在变形过程中产生失稳现象。

申请号为201610965425.5，名称为“一种含纳米Y2O3的细晶高强TiAl合金及其制备方法”的专利中，将坯料加热至1250-1300℃，保温30-60min，然后将坯料取出在多向等温锻压机上进行多向锻造，压力机的上、下砧板预热为1250℃，每一道次完成后进行低温再结晶处理，获得组织均匀，晶粒细小，在三个方向上均具优异力学性能的锻坯。但是该方法需要借助等温锻机实现，成本高昂，而且道次间加入的低温再结晶处理使得工艺操作复杂，不利于推广。