[发明专利]TiAl金属间化合物类锻件的双室高温锻造成形装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种TiAl金属间化合物类锻件的成形方法及装置，属于锻造成形工艺技术领域。

背景技术

随着航空航天、汽车制造等行业迅猛发展，业界对轻质耐热结构材料的性能提出了越来越高的要求。在这种背景下，具有低密度、高比强度、高比模量以及优异的高温机械性能、抗氧化性能的TiAl金属间化合物材料成为近十几年来材料领域研究的重点，并有可能在一些领域一定范围之内成功取代部分传统高温结构材料——钛基合金、镍基合金。

但是，TiAl金属间化合物具有L1₀型有序晶体结构，晶体对称性低、滑移系少，在1000℃以下具有又硬又脆的力学特性，加工成形非常困难。目前对TiAl材料的锻造成形，通常需要在1200℃以上的温度采用等温变形的方式，才能顺利进行。然而，传统等温锻造过程要求模具温度与坯料温度相同，目前没有合适的模具材料能够满足在如此高温下进行等温成形的要求。如果采用普通锻造工艺，降低模具预热与实际工作温度，则锻造过程中高温坯料向低温模具传递热量极快，使得高温坯料散热过快、变形抗力激增、每次锻造变形量小、模具损伤严重，难以有效成形所需零件甚至锻造无法完成。

发明内容

本发明旨在解决利用传统锻造技术对TiAl金属间化合物材料进行锻造时存在的坯料向模具散热过快、变形抗力大、模具损伤严重、锻造成形难以完成等问题，提出一种TiAl金属间化合物类锻件的双室高温锻造成形装置及方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明所述的TiAl金属间化合物类锻件的双室高温锻造成形装置包括坯料高温加热元件5、模具高温加热元件19、凸模14和凹模17，所述成形装置还包括坯料加热室7、模具加热室16和活动隔板10，所述坯料加热室7和模具加热室16相邻设置且二者之间设置有活动隔板10，通过上下拉动活动隔板10可实现坯料加热室7的炉膛与模具加热室16的炉膛相互贯通(活动隔板10向上拉移时，能实现坯料加热室7的炉膛与模具加热室16的炉膛相互贯通)、坯料加热室7的炉膛与模具加热室16的炉膛相互独立(活动隔板10向下插入时，能实现坯料加热室7的炉膛与模具加热室16的炉膛相互独立，即不贯通)；凸模14、凹模17的工作端均置于模具加热室16内，凸模14的型面与凹模17的型面上下相对应设置构成TiAl金属间化合物类锻件型腔；所述坯料加热室7和模具加热室16均为密闭室体；在坯料加热室7内设置有坯料高温加热元件5，模具高温加热元件19，模具加热室16的上下壁体上设置有模具高温加热元件19。

利用权利上述成形装置的TiAl金属间化合物类锻件的双室高温锻造成形方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、将TiAl金属间化合物锻件坯料1放入坯料加热室7内的载料台6上进行加热并保温，与此同时，在模具加热室16内对锻造模具凸模14和凹模17进行加热并保温；将凸模14和凹模17加热至800℃～1000℃，将TiAl金属间化合物锻件坯料1加热至1230℃～1300℃；

步骤二、当锻造模具凸模14和凹模17达到预定温度时，且TiAl金属间化合物锻件坯料1加热保温完毕后，打开坯料加热室7和模具加热室16之间的活动隔热板10，将TiAl金属间化合物锻件坯料1沿着载料台6从坯料加热室7推至模具加热室16内，并夹持放入凹模17的型腔之内；

步骤三、关闭隔板10、坯料加热室炉门8以及模具加热室炉门18，准备锻造；

步骤四、锻造：凸模14、凹模17在压机作用下进行合模、保压，完成锻造过程；TiAl金属间化合物锻件坯料1在凸模14、凹模17构成的模具型腔内成形，从而获得TiAl金属间化合物锻件成品2。

本发明具有以下有益效果：

本发明采用独立相邻并可贯通的两个加热室分别加热坯料与锻造模具，避免传统锻造过程中坯料从加热炉移动到模具型腔过程中热量的大量损失，使TiAl金属间化合物高温锻造成形易于完成。本发明方法的实质是使用一套具有两个独立相邻且可贯通的加热室的加热系统，分别将锻造模具和坯料加热至不同的温度，并可将坯料无热量损失快速移动到模具上进行锻造成形。

一、采用独立相邻并可贯通的两个加热室分别加热坯料与锻造模具，TiAl金属间化合物坯料1始终在坯料加热室7与模具加热室16内快速移动，热量损失控制在最小的程度。有效缓解了锻造过程中由于热量损失而引发的变形抗力高的间题，使得锻造成形容易进行。

二、本发明工艺方法模具加热温度为800℃～1000℃，低于TiAl金属间化合物坯料加热1230℃～1300℃，可以采用高温合金制造锻造模具，同时避免了锻造过程中模具损伤严重的问题。