一种高性能Ti2AlNb基合金板材的制备方法与流程

本发明属于钛合金板材制备，具体涉及一种高性能ti2alnb基合金板材的制备方法。

背景技术：

1、近年来随着航空事业的高速发展，急需高性能的新型材料来满足高温零部件的需求；ti2alnb基合金由tial合金发展而来，具有低密度、高比强度、耐高温、抗氧化和抗蠕变等特点，可在700～800℃内长时间使用，有望取代高密度的ni基合金和传统钛合金，在航空航天领域有很大的应用潜力；然而，ti2alnb基合金作为金属化合物，其铸态合金晶粒粗大，塑性差而变形抗力较高，限制了合金的广泛使用，需进行锻造和轧制等后续的热变形处理来进行细化晶粒，提高合金性能。由于锻件制作薄壁件的局限性，高性能板材的制备对拓宽ti2alnb基合金的发展极为重要。

2、目前，多用包套轧制来进行ti2alnb基合金板材的制备。包套轧制中坯料的组成需进行包套材料和板材的焊合，增加了坯料制备的成本，并且包套轧制后仍需机械加工得到ti2alnb基合金板材，工艺较为繁琐。此外，轧后板材的综合力学性能较差，须经高温热处理来优化板材性能，而长时间的高温热处理容易造成晶粒的长大，降低了板材的力学性能。此外，热处理时的冷却方式影响着合金的力学性能，炉冷容易析出大量的针状o相，从而降低合金的塑性；而对于大型板材，水冷热处理实施难度较大。因此需控制轧前和轧后的显微组织及力学性能，以及合理的设计热处理工艺，获得高性能板材。

技术实现思路

1、针对目前多用包套轧制进行ti2alnb基合金板材的制备，坯料制备成本较高，获得板材的工艺步骤较为复杂繁琐，热轧后板材的综合力学性能较差，热处理也未能得到理想性能的板材的问题，本发明提供了一种高性能ti2alnb基合金板材的制备方法。

2、本发明的一个目的是提供一种高性能ti2alnb基合金板材的制备工艺，该工艺通过降温锻造，细化锻态合金的晶粒尺寸；又简化了传统ti2alnb基合金板材的包套热轧工艺；最后进行合适的热处理，得到性能优异的板材。

3、另一个目的在于提供性能优异的ti2alnb基合金板材以满足其在航空航天设备中的应用。

4、为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

5、一种高性能ti2alnb基合金板材的制备方法，包括以下步骤：

6、步骤1，锻饼制备：将铸锭经过α2+b2相区(1020℃～1040℃)和o+b2相区(930℃～960℃)进行多向近等温锻造，锻后空冷，得到锻坯；

7、步骤2，用两块2～5mm厚的304不锈钢将锻坯夹至中间，再用铆钉将两块304不锈钢四角固定，组成坯料，进行热轧；轧后空冷，取走不锈钢，无需机械加工，即可得到0.8～1.2mm的热轧合金板材；

8、步骤3，将热轧合金板材在990～1010℃下进行氩气快冷热处理15～25min得到ti2alnb基合金板材。

9、进一步，所述铸锭中各原子百分比为，ti：50～57％，al：20～25％，nb：22～27％。

10、进一步，在步骤1得到的锻坯表面涂抹0.05mm～0.1mm的防氧化涂料，并采用石棉包覆，防止锻造过程中的氧化开裂。

11、进一步，步骤1得到的锻坯，其显微组织由b2相基体、大量的针状o相和等轴α2相组成；平均晶粒尺寸为5μm。

12、进一步，步骤3得到ti2alnb基合金板材，其显微组织由等轴三相晶粒组成，晶粒尺寸达1～5μm。

13、进一步，步骤1中每道次锻造前将锻坯和锻造时与坯料直接接触的垫块加热到指定温度后保温20～40min再进行锻造。

14、进一步，步骤1中锻造速度为0.8～1.2mm/s，两个锻造相区的锻造道次均为3次，每道次方向不同且夹角互为90°左右；每道次锻造压下量30～50％；使锻造更为均匀。控制锻造速度，避免出现下压速度过快，导致锻件发生迅速破裂。

15、进一步，步骤2中轧制前，锻态板材先进行切割倒角，倒角尺寸为r4mm；将坯料放入加热炉中升至980℃～1010℃，并保温5～25min。防止板材热轧时尖角处的应力集中与开裂。

16、进一步，步骤2中轧制道次为5～9次，步骤2中每道次压下30～40％，轧辊的线速度为0.12～0.18m/s。

17、进一步，步骤3中在1000℃下氩气快冷热处理20min。

18、轧后板材进行氩气快冷热处理，热处理后显微组织由等轴三相晶粒组成，晶粒尺寸为2μm。

19、与现有技术相比本发明具有以下优点：

20、1.本发明的制备方法，首先通过在两个相区下进行降温锻造引起相变在较大变形量下逐步细化晶粒，最终平均晶粒尺寸为5μm；进而通过热轧与热处理，进一步提高合金性能。

21、2.本发明的制备方法，降低了传统热轧ti2alnb基合金板材的成本，无需封焊，减少了包套热轧的繁琐步骤。

22、3.本发明通过一系列的实验对比，通过合适的热处理工艺，得到高性能的ti2alnb基合金板材。

技术特征：

1.一种高性能ti2alnb基合金板材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高性能ti2alnb基合金板材的制备方法，其特征在于：所述铸锭中各原子百分比为，ti：50～57％，al：20～25％，nb：22～27％。

3.根据权利要求1所述的一种高性能ti2alnb基合金板材的制备方法，其特征在于：在步骤1得到的锻坯表面涂抹0.05mm～0.1mm的防氧化涂料，并采用石棉包覆。

4.根据权利要求1所述的一种高性能ti2alnb基合金板材的制备方法，其特征在于：步骤1得到的锻坯，其显微组织由b2相基体、大量的针状o相和等轴α2相组成；平均晶粒尺寸为5μm。

5.根据权利要求1所述的一种高性能ti2alnb基合金板材的制备方法，其特征在于：步骤3得到ti2alnb基合金板材，其显微组织由等轴三相晶粒组成，晶粒尺寸达1～5μm。

6.根据权利要求1所述的一种高性能ti2alnb基合金板材的制备方法，其特征在于：步骤1中每道次锻造前将锻坯和锻造装置加热到指定温度后保温20～40min再进行锻造。

7.根据权利要求1所述的一种高性能ti2alnb基合金板材的制备方法，其特征在于：步骤1中锻造速度为0.8～1.2mm/s，锻造道次为6，每道次方向不同且夹角互为90°；每道次锻造压下量30～50％。

8.根据权利要求1所述的一种高性能ti2alnb基合金板材的制备方法，其特征在于：步骤2中轧制前，锻态板材先进行切割倒角，倒角尺寸为r4 mm；将坯料放入加热炉中升至980℃～1010℃，并保温5～25min。

9.根据权利要求1所述的一种高性能ti2alnb基合金板材的制备方法，其特征在于：步骤2中轧制道次为5～9次，步骤2中每道次压下30～40％，轧辊的线速度为0.12～0.18m/s。

10.根据权利要求1所述的一种高性能ti2alnb基合金板材的制备方法，其特征在于：步骤3中在1000℃下氩气快冷热处理20min。

技术总结
本发明公开了一种高性能Ti<subgt;2</subgt;AlNb基合金板材的制备方法，属于钛合金板材制备技术领域。本发明公开了一种高性能的Ti<subgt;2</subgt;AlNb基合金板材制备的方法，具体步骤为：首先通过多向近等温锻造和热轧细化晶粒尺寸，提高板材综合性能，其中铸锭经过α<subgt;2</subgt;+B2相区(1020℃～1040℃)和O+B2相区(930℃～960℃)进行多向近等温锻造，通过不断降温相变再结晶细化锻态合金晶粒尺寸；然后仅添加上下盖板覆盖板材，使用铆钉固定坯料，在α<subgt;2</subgt;+O+B2相区(980℃～1010℃)进行热轧，轧后空冷，得到性能较优的Ti<subgt;2</subgt;AlNb基合金板材。然后通过实验对比，选择1000℃/20min/氩气快冷热处理的工艺。最终得到室温下性能优异的Ti2AlNb基合金板材。

技术研发人员：王斌,韩建超,李升,卫俊鑫,贾燚,张孟非,李宗泽,缑利涛
受保护的技术使用者：北京星航机电装备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13