专利名称：一种高铌TiAl合金大尺寸饼材制备方法
技术领域：
本发明提供了一种高铌TiAl合金大尺寸饼材制备方法。
背景技术：
高铌TiAl金属间化合物经过近年来的研究，在相图，抗氧化性和组织与性能等方面的研究取得了一系列重要的进展，其优异的高温性能，抗氧化性和抗蠕变性而受到广泛的关注，高含量难熔金属铌元素的加入使合金的熔点较普通钛铝合金提高约90--100℃，铌元素的固溶强化，使其900℃的屈服强度较普通钛铝合金高150---200MPa，高熔点铌的加入同时降低了扩散系数，改善了抗氧化性，是最具有应用潜力的新一代高温结构材料。但是高铌的加入带来优越的高温性能的同时，也增加了合金的制备的难度，因为合金熔点、高温强度大幅度提高必然要提高合金的熔炼温度和热加工温度，高铌钛铝基合金作为新一代高温结构材料的研究开发目前尚处于起步阶段，合金制备质量好坏将关系到对合金本征性能的深刻认识，从而严重影响进一步优化合金研究工作能否顺利进行，同时也是合金从研究阶段走向实用阶段的前提，而优良的制备工艺是获得高质量合金的前提，因此对高铌TiAl合金的制备工艺进行初步的探索研究具有现实的意义。目前普通钛铝基合金的制备工艺主要有三种，即铸锭冶金工艺、粉末冶金工艺和纯铸造工艺，其中铸锭冶金工艺是普通钛铝基合金最为常用的制备工艺。
文献Kim Y.W.，“Microstructual Evolution and Mechanical Properties of aForged Gamma Titanium Aluminide Alloy”，Acta Metall.Mater.，1992，401121提供了普通钛铝样品的锻造工艺。
文献Semiatin S.L.Seetharaman V.and Jain V.K.，“Microstructure Developmentduring Conventional and Isothermal Hot Forging of a Near-Gamma TitaniumAluminide”，Metall.Trans.A，1994，25A275提供了近γ-钛铝基合金的等温锻造工艺。
传统的熔炼方法包括感应熔炼，真空自耗重熔，等离子熔炼等三种主要熔炼工艺，第一种工艺一般是将纯金属组元混在一起进行感应加热熔炼，而后两种工艺一般是将纯组元混在一起压制成电极进行重熔。由于高铌合金的熔点的升高使得高铌合金在采用感应熔炼工艺时，高铌合金很难达到很高的浇注温度，使得高铌合金铸锭经常出现宏观缩孔和大量的疏松，根本无法锻造，但是采用感应熔炼工艺时，合金溶液在浇铸之前可以经过比较充分的均匀化过程，合金的成分相对比较均匀，而后两种熔炼工艺使电极熔化成金属液滴滴入水冷坩埚后迅速凝固，就熔化的熔滴温度来讲温度比感应熔炼的熔液温度高得多，而且熔滴很小，因此单个熔滴扩散过程非常充分，在凝固过程中基本上不存疏松与成分偏析，但是采用纯组元制备的自耗电极横截面上各部分的成分不同，因此熔滴与熔滴之间成分是不同的，由于单个熔滴滴入水冷铜坩埚后迅速凝固，熔滴与熔滴之间不存在成分均匀化过程，高熔点铌来不及扩散均匀化，使合金出现铌铝的严重偏析，这将导致铸态组织严重不均，为解决这一问题，我们利用凝壳工艺合金成分比较均匀，而真空自耗重熔工艺铸锭密度较高的优点，将两种熔炼工艺复合在一起，称之为复合熔炼工艺，即利用感应凝壳重熔工艺将合金组元预合金化，并将预合金浇注成自耗电极，再将成分比较均匀的电极自耗重熔，从而使铸锭致密化和成分进一步均匀化。
目前钛铝合金的常用的热加工工艺包括等温锻造，包套锻造和热挤压等工艺，其中包套锻造是一种相对比较简单，设备要求不高的热加工工艺。对于高Nb钛铝合金，国内外只有北京科技大学新金属材料国家重点实验室和西北有色院开展了小型试验样品的成形研究。而对于大尺寸的高铌TiAl合金饼材制备无研究报道。
本发明的目的在于根据高铌TiAl合金的特点制备出具有优异的综合机械性能的大尺寸饼材，为高铌TiAl合金在航空发动机盘件上应用打下基础。
发明内容
本发明工艺流程如下熔炼→均热化处理→车削加工→包套→锻造→缓慢冷却高铌TiAl合金大尺寸饼材制备具体工艺参数如下熔炼第一次自耗+自耗凝壳+第二次自耗均热化退火1100-1300℃保温24-48小时，随炉冷却出炉。
车削加工将退火后的铸锭的表面氧化皮车削去除，表面粗糙度达到Ra6.3-1.6。
包套采用外径150-300mm壁厚2-6mm纯不锈钢管作为包套，将铸锭放置钛管中央，并采用氩弧焊用2-6mm厚不锈钢的管两端封顶，不锈钢管外再加一层1-3mm厚的不锈钢板包上，不锈钢管和不锈钢板之间用高温耐火棉塞实。
包套加热随炉加热到1250-1300℃保温40-60分钟，即刻出炉。
锻造将经过6-10小时预热的锻件迅速移到3000-5000吨油压机上进行锻造，形变温度为1200-1350℃，形变速率为1×10-3-10-1/s，变形量为60-80％。由于在包套锻造过程中锻机压头和垫板温度通常为室温，压头和垫板对锻件两端有强烈制冷作用。
锻造完成后将锻件迅速放置600-800℃的低温炉内，进行低温回火，防止锻件由于内部高残余应力而造成锻件开裂。
本发明的优点在于由于熔炼过程中使用Nb-Al中间合金，避免了由于高熔点Nb造成的成分偏析。可制备出大尺寸高铌TiAl合金饼材，锻件表面光滑无裂纹。锻件的组织晶粒尺寸为10-30μm，并且很均匀，对于TiAl合金，这样的晶粒尺寸非常细小，使材料具有优良的综合力学性能。
图1是本发明制备Ti-45Al-8.5Nb-0.2W-0.1C-0.05Y合金大尺寸饼材实物照片。
具体实施例方式表1 制备出Ti-45Al-8.5Nb-0.2W-0.1C-0.05Y合金大尺寸饼材
权利要求
一种高铌TiAl合金大尺寸饼材制备方法，工艺流程为熔炼→均热化处理→车削加工→包套→锻造→缓慢冷却，其特征在于a、熔炼第一次自耗+自耗凝壳+第二次自耗；b、均热化退火1100-1300℃保温24-48小时，随炉冷却出炉；c、车削加工将退火后的铸锭的表面氧化皮车削去除，表面粗糙度达到Ra6.3-1.6；d包套采用外径150-300mm壁厚2-6mm纯不锈钢管作为包套，将铸锭放置钛管中央，并采用氩弧焊用2-6mm厚不锈钢的管两端封顶，不锈钢管外再加一层1-3mm厚的不锈钢板包上，不锈钢管和不锈钢板之间用高温耐火棉塞实；e、包套加热随炉加热到1250-1300℃保温40-60分钟，即刻出炉；f、锻造将经过6-10小时预热的锻件迅速移到3000-5000吨油压机上进行锻造，形变温度为1200-1350℃，形变速率为1×10-3-10-1/s，变形量为60-80％；g、锻造完成后将锻件放置在600-800℃的低温炉内，进行低温回火，防止锻件由于内部高残余应力而造成锻件开裂。
全文摘要
本发明提供了一种高铌TiAl合金大尺寸饼材制备方法,工艺流程为:熔炼→均热化处理→车削加工→包套→锻造→缓慢冷却,其特征在于:熔炼包括第一次自耗+自耗凝壳+第二次自耗;在1100－1300℃保温24－48小时,进行均热化处理;然后将铸锭的表面氧化皮去除;采用外径150－300mm壁厚2－6mm纯不锈钢管作为包套,将铸锭放置钛管中央,并采用氩弧焊用2－6mm厚不锈钢的管两端封顶,不锈钢管外再加一层1－3mm厚的不锈钢板包上;随炉加热到1250－1300℃保温40－60分钟,出炉;将经过6－10小时预热的锻件移到3000－5000吨油压机上进行锻造,形变温度为1200－1350℃,形变速率为1×10
文档编号C22C14/00GK1352315SQ01134630
公开日2002年6月5日 申请日期2001年11月8日 优先权日2001年11月8日
发明者林均品, 王艳丽, 陈国良, 宋西平, 惠希东, 林志, 刘志成 申请人:北京科技大学