一种Ti₃Al基合金薄壁筒成形方法

专利名称：一种Ti₃Al基合金薄壁筒成形方法
技术领域：
本发明涉及筒体热成形、校形、焊接及焊后热处理工艺，具体涉及一种Ti3Al薄壁 筒体热成形、焊接及焊后热处理方法。
背景技术：
金属间化合物是指由两个或更多的金属组元按比例组成的、具有不同于其组成元 素的长程有序晶体结构和金属基本特性的化合物。Ti-Al、Ni-Al、Fe-Al系金属间化合物由 于具有较小的密度、更高的强度和更好的耐热性能等特点，在航空、航天、能源、汽车等高科 技领域有着广泛的应用前景，尤其是进入应用研究阶段的金属间化合物Ti3Al基合金，有较 高的弹性模量，较低的密度，与钛合金相比，具有更好的高温机械性能和更高的使用温度， 与镍基高温合金相比，可减轻质量40%左右，是介于钛合金和镍基高温合金使用温度之间 的比较理想的航空航天用高温结构材料。目前发展比较成熟、综合性能比较好、已进入航天应用研究阶段的Ti3Al基合金为 (a2+^/B2+0)三相合金，以Ti-23Al-17Nb合金为代表，其室温屈服强度可达1200MPa、拉 伸延伸率高于9%，650°C拉伸屈服强度达970MPa，该合金可作为火箭发动机涡轮盘转子的 材料。由于合金变形抗力大，成形过程中容易开裂，对该合金板材的热成形技术研究直 接制约着该合金的工程应用。目前，文献表明对于Ti3Al基合金板材成形工艺研究主要集中在焊接工艺方面，且 研究仅处于理论层面，仅报道了该材料的焊接工艺及经过某种热处理工艺后接头的组织状 态，而关于使用该材料制造出具有某种工程应用价值的筒体研究未见报道。

发明内容
本发明的目的在于提供一种Ti3Al基合金板材薄壁筒成形方法，以解决薄壁筒成 形过程中合金变形抗力大不易变形和在变形中容易产生开裂或筒壁形成微裂纹的问题。实现本发明目的的技术方案一种Ti3Al基合金薄壁筒成形方法，该方法包括如下 步骤(1)对1. 5 4mm厚Ti3Al基合金板材在650°C 700°C的温度条件下，采用热滚 弯方法形成筒坯；(2)采用C02连续输入激光熔透焊接步骤(1)所得筒坯母线方向焊缝，得到Ti3Al 基合金薄壁筒，其中激光功率为2000W 2500W、扫描速度为150cm/min 190cm/min、表面
聚焦；(3)对步骤(2)焊接后所得Ti3Al基合金薄壁筒在950°C 1000°C保温1 3h后 随炉冷却；(4)对步骤(3)热处理后的Ti3Al基合金薄壁筒在600°C 650°C进行校形；(5)对步骤⑷校形后的Ti3Al基合金薄壁筒在900 1000°C、真空条件下保温时间1 2小时后，空气冷却。如上所述的一种Ti3Al基合金基合金薄壁筒成形方法，该Ti3Al基合金薄壁筒成形 方法步骤如下(1)对3mm厚Ti3Al基合金板材在700°C的温度条件下，采用热滚弯方法形成筒 坯；(2)采用C02连续输入激光熔透焊接步骤(1)所得筒坯母线方向焊缝，得到Ti3Al 基合金薄壁筒，其中激光功率为2500W、扫描速度为190cm/min、表面聚焦；(3)对步骤⑵激光焊接后所得Ti3Al基合金薄壁筒在950°C保温1. 5h后随炉冷 却；(4)对步骤(3)热处理后的Ti3Al基合金薄壁筒在600°C条件下等温校形；(5)对步骤(4)校形后的Ti3Al基合金薄壁筒在980°C、真空条件下进行热处理， 保温时间1. 5小时后，空气冷却。本发明的效果在于本发明所述的Ti3Al基合金薄壁筒成形方法具有重要的工程应用价值。与薄壁筒 成形方法特别是旋压成形相比，采用本方法可以有效地避免成形过程裂纹产生，减小变形 抗力，特别是焊后热处理降低了焊缝和母材的强度，提高了塑性，便于焊后校形，使得在较 低的温度条件下校形，同时通过最终的热处理使得筒体强度得到整体提升。通过本发明的Ti3Al基合金薄壁筒成形方法，制造出具有工程应用价值的薄壁筒 件，对该合金的工程化应用起到推动作用。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明所述的Ti3Al基合金薄壁筒成形方法作进一步描 述。实施例中使用的Ti3Al基合金板材名义成分为Ti-23Al_17Nb(at. % )，板材的尺 寸为629mmX 160mmX 3mm和943mmX 160mmX 1. 5mm两种规格，其中轧制方向分别为629mm 长度方向和943mm长度方向。实施例1采用3mm厚Ti3Al基合金板材，该Ti3Al基合金薄壁筒成形方法(1)对3mm厚Ti3Al基合金板材在700°C的温度条件下，采用热滚弯方法形成直径 O 200mm 筒坯；(2)采用C02连续输入激光熔透焊接步骤(1)所得筒坯母线方向焊缝，得到Ti3Al 基合金薄壁筒，其中激光功率为2500W、扫描速度为190cm/min、表面聚焦；(3)对步骤(2)激光焊接后所得Ti3Al基合金薄壁筒在950°C保温1. 5h后随炉冷 却；(4)对步骤(3)热处理后的Ti3Al基合金薄壁筒在600°C进行校形；(5)对步骤(4)校形后的Ti3Al基合金薄壁筒在980°C、真空条件下进行热处理， 保温时间1. 5小时后，空气冷却。实施例2采用1. 5mm厚Ti3Al基合金板材，该Ti3Al基合金薄壁筒成形方法
(1)对1. 5mm厚Ti3Al基合金板材在700°C的温度条件下，采用热滚弯方法形成直 径①300mm筒坯；(2)采用C02连续输入激光熔透焊接步骤(1)所得筒坯母线方向焊缝，得到Ti3Al 基合金薄壁筒，其中激光功率为2000W、扫描速度为150cm/min、表面聚焦；(3)对步骤(2)激光焊接后所得Ti3Al基合金薄壁筒在950°C保温3h后随炉冷却；(4)对步骤(3)热处理后的Ti3Al基合金薄壁筒在600°C进行校形；(5)对步骤(4)校形后的Ti3Al基合金薄壁筒在980°C、真空条件下进行热处理， 保温时间1. 5小时后，空气冷却。实施例3采用3mm厚Ti3Al基合金板材，该Ti3Al基合金薄壁筒成形方法(1)对3mm厚Ti3Al基合金板材在650°C的温度条件下，采用热滚弯方法形成直径 O 200mm 筒坯；(2)采用C02连续输入激光熔透焊接步骤(1)所得筒坯母线方向焊缝，得到Ti3Al 基合金薄壁筒，其中激光功率为2500W、扫描速度为190cm/min、表面聚焦；(3)对步骤⑵激光焊接后所得Ti3Al基合金薄壁筒在1000°C保温1. 5h后随炉 冷却；(4)对步骤(3)热处理后的Ti3Al基合金薄壁筒在600°C进行校形；(5)对步骤(4)校形后的Ti3Al基合金薄壁筒在950°C、真空条件下进行热处理， 保温时间1. 5小时后，空气冷却。实施例4采用1. 5mm厚Ti3Al基合金板材，该Ti3Al基合金薄壁筒成形方法(1)对1. 5mm厚Ti3Al基合金板材在700°C的温度条件下，采用热滚弯方法形成直 径①300mm筒坯；(2)采用C02连续输入激光熔透焊接步骤(1)所得筒坯母线方向焊缝，得到Ti3Al 基合金薄壁筒，其中激光功率为2000W、扫描速度为150cm/min、表面聚焦；(3)对步骤(2)激光焊接后所得Ti3Al基合金薄壁筒在980°C保温2h后随炉冷却；(4)对步骤(3)热处理后的Ti3Al基合金薄壁筒在650°C进行校形；(5)对步骤(4)校形后的Ti3Al基合金薄壁筒在980°C、真空条件下进行热处理， 保温时间2小时后，空气冷却。
权利要求
1.一种Ti3Al基合金薄壁筒成形方法，其特征在于该方法包括如下步骤(1)对1.5 4mm厚Ti3Al基合金板材在650°C 700°C的温度条件下，采用热滚弯方 法形成筒坯；(2)采用CO2连续输入激光熔透焊接步骤(1)所得筒坯母线方向焊缝，得到Ti3Al基合 金薄壁筒，其中激光功率为2000W 2500W、扫描速度为150cm/min 190cm/min、表面聚焦；(3)对步骤(2)焊接后所得Ti3Al基合金薄壁筒在950°C 1000°C保温1 3h后随炉 冷却；(4)对步骤(3)热处理后的Ti3Al基合金薄壁筒在600°C 650°C进行校形；(5)对步骤(4)校形后的Ti3Al基合金薄壁筒在900 1000°C、真空条件下保温时间 1 2小时后，空气冷却。
2.根据权利要求1所述的一种Ti3Al基合金基合金薄壁筒成形方法，其特征在于该 Ti3Al基合金薄壁筒成形方法步骤如下(1)对3mm厚Ti3Al基合金板材在700°C的温度条件下，采用热滚弯方法形成筒坯；(2)采用CO2连续输入激光熔透焊接步骤(1)所得筒坯母线方向焊缝，得到Ti3Al基合 金薄壁筒，其中激光功率为2500W、扫描速度为190cm/min、表面聚焦；(3)对步骤(2)激光焊接后所得Ti3Al基合金薄壁筒在950°C保温1.5h后随炉冷却；(4)对步骤(3)热处理后的Ti3Al基合金薄壁筒在600°C条件下等温校形；(5)对步骤(4)校形后的Ti3Al基合金薄壁筒在980°C、真空条件下进行热处理，保温 时间1.5小时后，空气冷却。
全文摘要
本发明提供一种Ti3Al基合金板材薄壁筒成形方法，其步骤(1)对1.5～4mm厚Ti3Al基合金板材在650℃～700℃的温度条件下，采用热滚弯方法形成筒坯；(2)采用CO2连续输入激光熔透焊接筒坯母线方向焊缝，得到薄壁筒；(3)对薄壁筒在950℃～1000℃保温1～3h后随炉冷却；(4)对薄壁筒在600℃～650℃进行校形；(5)对薄壁筒在900～1000℃、真空条件下保温时间1～2小时后，空气冷却。采用本方法可有效避免成形过程裂纹产生，减小变形抗力，特别是焊后热处理降低了焊缝和母材的强度，提高塑性，便于焊后校形，使得在较低的温度条件下校形，同时通过最终的热处理使得筒体强度得到整体提升。
文档编号B23P15/00GK102000944SQ201010155810
公开日2011年4月6日 申请日期2010年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者吴爱萍, 张益坤, 朱瑞灿, 王国庆, 谢美蓉 申请人:中国运载火箭技术研究院, 首都航天机械公司