[发明专利]TiAl涡轮叶片应力-温度双增塑近净成形方法

说明书

本发明公开了一种TiAl涡轮叶片应力‑温度双增塑近净成形方法，包括：步骤一、坯料三明治预处理：将TiAl棒料包裹玻璃纤维以过盈配合方式放入预压应力环内密封，形成三明治密封结构；步骤二、坯料加热生压润滑隔热：将包含TiAl棒料的三明治密封结构整体加热到1000～1200℃，保温1～360min；步骤三、坯料快速转移冷却：将三明治密封结构迅速转移至叶片锻模上，转移后对外层金属盔甲喷洒润滑剂进行冷却；步骤四、待外层金属盔甲降至指定温度后，以0.1～10s^‑1的应变速率快速锻造成形，获得TiAl叶片。利用该方法，可以锻合TiAl单晶铸造内部缺陷，形变强化组织性能，显著提高制造效率和材料利用率。

技术领域

本发明涉及一种金属叶片锻造成形方法，具体涉及一种TiAl涡轮叶片应力-温度双增塑近净成形方法啊，属于材料加工技术领域。

背景技术

TiAl合金作为新一代耐高温合金具有强度高、稳定性好的优点，密度只有传统镍基合金的一半，替代600～750℃下使用的镍基高温合金作为航空发动机涡轮叶片材料，能提高20％的燃油效率，是目前公认的最佳新型轻质结构材料。

而要继续改进涡轮效率，提高发动机整体性能，最有效的方法是使用高温单晶叶片。单晶叶片只有一个晶粒，消除了全部晶界，从而降低了孔洞和裂纹发生的可能性，且不必加入晶界强化元素，使合金的初熔温度相对升高，从而提高了合金的高温强度。高温TiAl单晶材料，其室温拉伸屈服强度达到708MPa，在900℃条件下，屈服强度仍保持在较高水准，为637MPa，并具有优异的抗蠕变性能，使用TiAl单晶作为叶片材料，有望将目前TiAl合金的使用温度提高到900℃以上。

然而，对于TiAl材料，由于在高温下仍具有很高的强度，因此对设备吨位提出了很高的要求，若采用等温锻造，则对模具材料高温性能要求极高，成本明显增加；另外，由于TiAl材料在低温时塑性较低，而叶片形状复杂，在成形过程中极易发生开裂等缺陷，而提高成形温度，TiAl材料在高温下可能发生相变，恶化组织性能。，因此，对于TiAl材料，由于其塑性差，变形抗力高，成形温度范围窄，目前的锻造成形方法均存在较大不足。

发明内容

针对现有TiAl合金锻造方法锻造TiAl材料时，坯料塑性低易开裂、高温时易发生相变、模具成本高等问题，本发明提供一种TiAl叶片成形方法，利用应力-温度双重增塑，使得TiAl材料由脆转韧，塑性大幅提高，并通过调整应变速率控制相变，避免TiAl材料组织性能恶化，或者是TiAl单晶转变为多晶组织。

本发明具体是这样实现的：

一种TiAl涡轮叶片应力-温度双增塑近净成形方法，包括如下步骤：

步骤一、坯料三明治预处理：将TiAl棒料包裹玻璃纤维以过盈配合方式放入预压应力环内密封，形成三明治密封结构，三明治密封结构的最外层是提供预压力的金属盔甲，中间层是玻璃纤维，芯部是TiAl棒料；

步骤二、坯料加热生压润滑隔热：将包含TiAl棒料的三明治密封结构整体加热到一定温度并保温一段时间；

步骤三、坯料快速转移冷却：将包含TiAl棒料的三明治密封结构迅速转移至叶片锻模上，转移后对外层金属盔甲喷洒润滑剂进行冷却；

步骤四、待外层金属盔甲降至指定温度后，以一定的应变速率快速锻造成形，获得TiAl叶片。

更进一步的方案是：

在步骤一中，先将外层金属盔甲加热使其膨胀，内径增大，再将被玻璃纤维包裹的TiAl棒料放入金属盔甲内径中，待其冷却后收缩形成过盈配合，对芯部TiAl棒料形成预压应力。

更进一步的方案是：

在步骤一中，最外层提供预压力的金属盔甲，其热膨胀系数小于TiAl材料，TiAl材料的膨胀系数为10～13。

更进一步的方案是：