本发明涉及一种改善β型γ-tial合金热加工性能的方法。
背景技术：
tial合金密度低、比强度高、比刚度高、弹性模量高，并具有高的抗高温蠕变性能和抗氧化能力，因此被认为是最具潜力的高温结构材料之一。航空航天发动机是tial合金重要的应用领域。目前，航空航天发动机高温结构部件多采用镍基或其他高密度的高温合金，而利用轻质合金代替这些高密度合金是提高发动机推重比，进而提高发动机性能的重要途径。
tial合金与目前广泛使用的镍基高温合金相比，最重要的优点之一是tial合金的密度低，仅为镍基高温合金的一半左右。但tial合金高温塑性变形能力相对较低，热加工性较差，较高的生产加工成本限制了tial合金材料的应用。
目前提高tial合金的塑性的方法之一是，通过向合金中加入mo、v、nb、cr、ta等元素以获得更多的高温塑性相β相。但是mo、v、nb、cr、ta金属的密度与高温镍基合金的密度接近甚至更高，tial合金中加入这些元素无疑会增加合金的密度。而且β相的引入将削弱材料自身的蠕变性能，而且β相低温稳定相是有序的b2相，b2相在低温下是脆性相，对室温塑性会造成不利影响。如何在不增加现有tial合金密度、减小抗蠕变性能和室温塑性的情况下，改善其热加工性能是当前亟待解决的问题。
热氢处理技术既能有效地提高tial中β相的含量，从而减少高密度β相稳定元素的加入，又能在真空除氢及均匀化热处理后有效地减少β相的含量，所以该技术在提高tial合金热加工性能的同时又不会增加合金的密度、减小抗蠕变性能和室温塑性。
热氢处理技术为改善tial合金热加工性能提供一个很好的途径。热氢处理技术在钛合金的锻造成形中已得到了应用，基于热氢处理技术的β型γ-tial合金中的β相在高温下是塑性相，有助于提高合金的高温塑性变形能力，但是β相会降低合金的抗蠕变性能，而且在低温下是脆性相，会降低合金的塑性，因此，如何减少β相的含量，从而解决不增加现有tial合金密度、减小抗蠕变性能和室温塑性的同时改善合金热加工性能的问题，是需要进一步研究的方向。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种改善β型γ-tial合金热加工性能的方法，从而在不增加现有β型γ-tial合金密度、减小抗蠕变性能和室温塑性的条件下，改善其热加工性能。
依据本发明的实施例，提供一种改善β型γ-tial合金热加工性能的方法，包括以下步骤：
1)清除β型γ-tial合金坯件表面氧化层，记为工件；
2)将工件送入置氢炉；
3)对置氢炉抽真空，进而充入保护气，然后对置氢炉加热，在炉内温度升高至700～800℃后，充氢气，氢气分压为0.05～0.15mpa，保温2～4小时，工件随炉冷至室温，得到氢重量百分比为0.02～0.05％的β型γ-tial合金，记为置氢合金；
4)在置氢合金表面喷涂抗氧化剂，然后对置氢合金预热至变形温度，并保温1～2小时；
5)在给定的一个方向上压缩步骤4)预热后的置氢合金，置氢合金在所述方向上的总变形量为50～63％；
6)在步骤5)所得压缩后的置氢合金降至室温后，去除置氢合金上的抗氧化剂，进而将置氢合金置入真空炉中，加热至700～800℃，保温4～6小时后，随炉冷至室温；
7)将步骤6)得到的置氢合金在1300～1350℃的温度条件下进行均匀化热处理，得到最终改善后的β型γ-tial合金。
上述改善β型γ-tial合金热加工性能的方法，可选地，在步骤7)中均匀化热处理时需要在保护性气氛下进行，在热处理条件下的保温时间与置氢合金的体积正相关，并且保温时间不少于10分钟。
可选地，步骤5)中的方向为竖向。
可选地，步骤5)中在给定方向上的压缩应变速率为0.01～0.05s-1。
可选地，在步骤5)中置氢金属压缩变形完成后，需在1100～1250℃温度范围内保温1～2小时后随炉冷却。
可选地，置氢量为氢在置氢合金中的重量百分比是0.037％。
可选地，所述变形温度为1050～1200℃。
可选地，步骤1)中清除β型γ-tial合金坯件表面氧化层的方法是采用机械抛光工艺清除掉氧化层，进而通过丙酮清洗并干燥。
可选地，步骤7)中均匀化热处理的温度是1335℃，在此温度条件下保温15～20分钟。
可选地，步骤6)中在真空炉中的温度是700℃。
依据本发明的实施例，所提供的用于改善β型γ-tial合金热加工性能的方法，通过热氢处理技术提高β型γ-tial合金中高温塑性相β相的含量，而不会增加合金的密度，降低合金的比强度；在合金置氢处理后，其变形抗力降低且延展性提高，有助于提高模具寿命，进而提高合金成形精度，同时节约能源。进而，再在真空炉中加热保温4～6小时，可以进一步减少合金中由氢引入的多余的β相，以提高合金的抗蠕变性能和室温塑性。
附图说明
图1
具体实施方式
实施例1：
本实施例按照为改善改善β型γ-tial合金热加工性能，采用以下工艺步骤，以对β型γ-tial合金进行处理：
1)将β型γ-tial合金坯件的表面进行机加工，以清除坯件表面的氧化层，进而对清除掉氧化层的坯件使用丙酮进行清洗，并干燥。
2)将β型γ-tial合金坯件放置在管式置氢炉内，然后抽真空，炉内真空度达到10-3pa级别即可，然后充氩气，作为保护性气体。
3)管式置氢炉炉内温度升高至700～800℃，充氢气，氢气分压为0.05-0.15mpa，保温2～4小时，坯件炉冷至室温，最终得到氢重量百分比为0.02～0.05％的β型γ-tial合金，记为置氢合金。
4)在置氢合金合金表面喷涂高温抗氧化剂，tial合金高温抗氧化剂采用的是北京天力创玻璃科技开发有限公司生产的型号为sa-35高温合金锻造用玻璃防护润滑剂，该种防护润滑剂可以作为抗氧化剂使用。其中的高温适配后续工艺步骤的工艺温度。
5)将步骤4)获得的喷镀了高温抗氧化剂的置氢合金送入指定的预热炉内，对置氢合金进行预热，预热温度为1100～1250℃，达到预热温度后，保温1～2小时。
6)对预热后的置氢合金进行高温(预热温度条件下)压缩，压缩方向是单一方向，例如竖向，压缩应变速率为0.01～0.05s-1，从而在高度方向总变形量为50～63％(系变形后所占原高的占比)。
其中，压缩应变速率，又称为高温压缩应变速率，实质拉伸或者压缩速率除以标距，这是本领域的常规概念，在此不再赘述。
7)压缩变形后的置氢合金在1100～1250℃温度范围内保温1～2小时后随炉冷却。
8)除氢步骤：除去高温压缩后的置氢合金表面的高温抗氧化剂，然后将置氢合金置于真空炉中，真空炉升温至700～800℃后保温4～6小时，然后随炉冷至室温。
9)对除氢后的β型γ-tial合金在保护性气氛中进行均匀化热处理，温度为1300～1350℃，保温时间为10～30分钟(具体保温时间由工件大小而定，工件越大保温时间越长)，随后随炉冷至室温。
关于保护性气氛主要由惰性气体提供，例如氩气。
前述的管式置氢炉为北京航空制造工程研究所研制的管式置氢炉。
步骤8)中对合金进行真空除氢处理，使氢含量控制在安全范围内，真空炉内的真空度控制在1pa以下。
置氢β型γ-tial合金具有更好的高温塑性和更低高温变形抗力，模具变形和磨损程度小，所需能源减少。
实施例2：
本实施例的步骤3)中按β型γ-tial合金重量百分比充入0.037％的氢元素；步骤5)中置氢β型γ-tial合金预热温度为1150℃；步骤6)中应变速率为0.01s-1；步骤9)中均匀化温度为1315℃；其它步骤与实施例1相同。
实施例3：
本实施例的步骤3)中按β型γ-tial合金重量百分比充入0.037％的氢元素；步骤5)中置氢β型γ-tial合金预热温度为1150℃；步骤6)中应变速率为0.01s-1；步骤9)中均匀化温度为1320℃；其它步骤与实施例1相同。
实施例4：
本实施例的步骤3)中按β型γ-tial合金重量百分比充入0.037％的氢元素；步骤5)中置氢β型γ-tial合金预热温度为1150℃；步骤6)中应变速率为0.01s-1；步骤9)中均匀化温度为1330℃；其它步骤与实施例1相同。
实施例5：
本实施例的步骤3)中按β型γ-tial合金重量百分比充入0.037％的氢元素；步骤5)中置氢β型γ-tial合金预热温度为1150℃；步骤6)中应变速率为0.01s-1；步骤9)中均匀化温度为1340℃；其它步骤与实施例1相同。
实施例6：
本实施例的步骤3)中按β型γ-tial合金重量百分比充入0.037％的氢元素；步骤5)中置氢β型γ-tial合金预热温度为1200℃；步骤6)中应变速率为0.01s-1；步骤9)中均匀化温度为1315℃；其它步骤与实施例1相同。
实施例7：
本实施例的步骤3)中按β型γ-tial合金重量百分比充入0.037％的氢元素；步骤5)中置氢β型γ-tial合金预热温度为1200℃；步骤6)中应变速率为0.01s-1；步骤9)中均匀化温度为1320℃；其它步骤与实施例1相同。
实施例8：
本实施方式的步骤3)中按β型γ-tial合金重量百分比充入0.037％的氢元素；步骤5)中置氢β型γ-tial合金预热温度为1200℃；步骤5)中应变速率为0.01s-1；步骤9)中均匀化温度为1330℃；其它步骤与实施例1相同。
实施例9：
本实施例的步骤3)中按β型γ-tial合金重量百分比充入0.037％的氢元素；步骤5)中置氢β型γ-tial合金预热温度为1200℃；步骤6)中应变速率为0.01s-1；步骤9)中均匀化温度为1340℃；其它步骤与实施例1相同。
表1为充氢前后β型γ-tial合金的变形抗力大小对比
另外，图1显示未充氢时合金热加工窗口，图中可见未充氢时应变速率(压缩应变速率)即便是较小，工件仍然会产生微裂纹。
图2则显示充氢时合金热加工窗口，工件的加工窗口有所增加。