Ti2AlNb合金超塑成形/扩散连接工艺的制作方法

本发明涉及ti2alnb合金超塑成形/扩散连接工艺。

背景技术：

1988年，印度国防实验室文献在ti3al基合金的增塑增强研究中，发现了一种成分在ti2alnb附近、性能优异的有序正交相o相.o相合金基于ti2alnb成分，具有cmcm对称的三元有序正交晶体结构，可被认为是α2的一种微小的畸变形式，即o相中nb原子在ti的亚点阵上进一步有序排列，使α2相基面上的对称性降低，从而变成正交结构.以o相为基础的ti2alnb基合金，由于长程有序的超点阵结构减少位错运动和高温散，使其具有优良的高温性能(比强度、比刚度、高温蠕变抗力、抗氧化性、耐热性、阻燃性能)，其室温塑性和断性较低.相对于γ-tial和α2相合金，其室温塑性较好，能在700-800℃范围内长时间使用，短时使用温度可高于1100℃，其密度低于镍基高温合金，因而已经成为最具潜力的航空航天高温结构材料。

超塑成形/扩散连接(spe/db)技术是利用材料在超塑状态下流变抗力异常低、流变性能异常高的优越特性，通过施加气压，使材料在适当的应力和应变速率下延展，进行构件整体成形的工艺过程。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题，就是提出ti2alnb合金超塑成形/扩散连接工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种ti2alnb合金超塑成形/扩散连接工艺，包括如下步骤：

s1、ti2alnb材料终轧温度为960℃，后经1000℃，2h退火处理，材料密度为5.3g/cm³；

s2、设定拉伸应变速率为10^-3-10^-4每秒，可确定夹头最大速度为1.44mm/min，最小速度为0.144mm/min，为计算变速率敏感性指数m值，设定3组不同速度的实验，另取一速度0.72mm/min，分别在920℃、940℃和960℃三个温度进行试验，得到各温度下工程应力-工程应变曲线；

s3、测量材料的延伸率与温度及应变速率关系，根据式(1)求得10％的流动应力，即应变为10％标称应变的流动应力；

式(1)：σ10＝(1.1f10)/s0；

s4、根据式(2)知，m值应为应力应变速率双对数曲线的斜率；

式(2)：m＝d(lnσ10)/d(lnε)；

m值越大，材料抗颈缩的能力越强，更容易获得较大的延伸率。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：ti2alnb合金的最佳超塑性变形条件：温度960℃，变形速率0.144mm/min，获得延伸率高于230％，应变速率敏感指数m为0.31，其最大延伸率和应变速率敏感性指数均满足spe/db工艺要求。

附图说明

图1为原始板材sem组织(背散射电子像)(轧制面)及ebesb图像；

图2为ti-22al-xnb三元系合金相图；

图3为不同温度下的应力应变曲线；

图4为断裂延伸率与温度和应变速率的关系；

图5为应变速率和σ10双对数曲线。

具体实施方式

为让本领域的技术人员更加清晰直观的了解本发明，下面将结合附图，对本发明作进一步的说明。

一种ti2alnb合金超塑成形/扩散连接工艺，包括如下步骤：

s1、以中科院金属研究所提供的名义成分为ti22al124.5nb0.5mo(at.％)(即ti2alnb合金)热轧板材为研究对象，材料终轧温度为960℃，后经1000℃，2h退火处理，材料密度为5.3g/cm³；

原始板材sem背散射电子像及ebsd图像见图1；背散射电子像衬度与合金各相平均原子序数有关，原子序数越大，衬度越亮，反之越暗，由此可知，原始板材主要由两相或三相组成。对图中a，b两点进行eds分析见表1，a点处al含量偏大，nb含量偏小，衬度较暗；b点处nb含量偏大，al含量偏小，衬度较亮.由于该合金原始板材退火温度为1000℃，由ti22alxnb(at.％)相图(图2)可知，该温度处于由α2+β/b2+o三相区到α2+b2两相区的转变温度附近，因此，理论上构成原始板材的两个主相应为α2相和b2相.根据al是α相稳定元素，nb是β相稳定元素及相关文献可断定，图中nb含量较少的较暗区域为α2相，nb含量较多的较亮区域为b2相，α2相近乎等轴状，分布于b2基体内。

s2、设定拉伸应变速率为10^-3-10^-4每秒，可确定夹头最大速度为1.44mm/min，最小速度为0.144mm/min，为计算变速率敏感性指数m值，设定3组不同速度的实验，另取一速度0.72mm/min，分别在920℃、940℃和960℃三个温度进行试验，得到各温度下工程应力-工程应变曲线；

超塑拉伸遵循《金属超塑性材料拉伸性能测定方法》gb/t24172-2009.设定拉伸应变速率为10-3-10-4s-1，可确定夹头最大速度144mm/min，最小速度为0.144mm/min。为计算应变速率敏感性指数m值，需要3组不同速度的试验，另取一速度0.72mm/min，分别在920、940和960℃三个温度进行试验，各温度下工程应力－工程应变曲线见图3。图4为延伸率与温度及应变速率关系，920℃时候延伸率较小，材料在该温度下显示出超塑性，但其断后伸长率并不高.随着温度的升高，材料的延伸率呈增加趋势，主要是因为温度升高可以降低临界切变应力并提高原子的自由能，促进晶界的滑移.在940℃、960℃时，延伸率随着应变速率降低而增加，960℃时低应变速率下拉伸，最高应变量可达到230％；

s3、测量材料的延伸率与温度及应变速率关系，根据式(1)求得10％的流动应力见表1，即应变为10％标称应变的流动应力；

式(1)：σ10＝(1.1f10)/s0；

表1：σ10流动应力

s4、应变速率敏感系数m的物理意义是阻止缩颈的发展，维持变形的均匀性。超塑性材料发生变形时，流动应力随着变形速率的增大而增大。如果在某处发生颈缩时，该处的应变速率便会增大，则该处变形的流动应力便会增大，阻止颈缩的进一步扩展。此时变形将会向其它区域发展，最终将获得较大的延伸率。对于超塑性金属，m＝0.3-1.0。m值越大，材料抗颈缩的能力越强，更容易获得较大的延伸率。根据式(2)知，m值应为应力应变速率双对数曲线的斜率；

式(2)：m＝d(lnσ10)/d(lnε)；

σ10应变速率双对数曲线见图5，随着温度的升高m值增加，呈现较好的超塑性。在920、940和960℃时对应m值分别为0.14、0.28和0.31。ti2alnb合金的最佳超塑性变形条件：温度960℃，变形速率0.144mm/min，获得延伸率高于230％，应变速率敏感指数m为0.31，其最大延伸率和应变速率敏感性指数均满足spe/db工艺要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。