[发明专利]一种Ti2AlNb合金大尺寸盘件的锻造工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料领域，尤其涉及一种新型金属间化合物耐高温轻质结构材料Ti₂AlNb合金大尺寸盘件的锻造成型方法。 

背景技术

为实现发动机减重的目的，需要采用一种新型轻质耐高温结构材料替代目前的高温合金。Ti₂AlNb合金是20世纪九十年代初开始研发的一类新型Ti-Al系金属间化合物材料。具有密度低(约5.3g/cm³)、弹性模量高、高温强度高、断裂韧性高、蠕变抗力高、热膨胀系数低、无磁性和阻燃性能好等优点，将其作为轻比重高温结构材料用于制作航空、航天发动机热端部件，将有助于通过结构减重实现技术进步。与现用铁/镍/钴基高温合金以固溶强化、弥散强化等方法使得在高温下具有较好的力学性能不同，Ti₂AlNb合金的高温强度源于自身原子长程有序的排列和特殊的结合键。但同时这种长程有序的结构中可开动的滑移系数目有限、超结构位错柏氏矢量大、位错交滑移困难，这些因素使Ti₂AlNb合金室温下的拉伸塑性和断裂韧性较低，解决Ti₂AlNb合金室温脆性问题是其实用化的前提。目前解决Ti₂AlNb合金室温脆性问题的方法是在较低温度的(α₂＋B2+O)三相区或(O+B2)两相区下锻造成型(1000℃以下)，并通过后续的固溶+时效处理在Ti₂AlNb合金制备的锻件中得到少量初生α₂/O相颗粒和取向混乱的O相二次细层片分布于B2基体之中的双态组织，这种组织具有良好的室温塑性和高温强度。这一方法的缺点是由于锻造成型过程是在温度较低的(α₂＋B2+O)三相区或(O+B2)两相区进行，而Ti₂AlNb合金变形抗力大，可变形温区窄，热加工塑性低。材料在锻造成型过程每火次变形量小、变形火次多、加工周期长，锻造时材料易开裂、材料利用率、锻件成型困难、加工成本高。在制备Ti₂AlNb合金大尺寸部件时，这些问题更加突出。 

发明内容

本发明目的是提供一种Ti₂AlNb合金大尺寸盘件的锻造工艺方法，它能够克服Ti₂AlNb合金大尺寸件锻造开裂和组织不均匀的缺陷，获得大尺寸 锻件，提高成材率。 

为了克服上述缺点，本发明所提出的新技术是在较高温度的(α2＋O)两相区(1000～1050℃)锻造成型直径φ500mm～700mm、高度60mm～120mm的大尺寸Ti₂AlNb合金盘件，并通过控制锻造前坯料加热方式、保温时间、锻造时的变形量、变形速率和后续的固溶＋时效热处理温度和时间得到一种由细晶的B2转变而成的(O+B2)近全板条网篮组织，该组织的盘件在弦向具有较好的室温塑性和高温强度。 

由于采用上述工艺方法，本发明具有如下优点和积极效果： 

1、本发明解决了一种Ti₂AlNb合金大尺寸盘件锻造易开裂和组织不均匀的缺陷，实现一种Ti₂AlNb合金大尺寸盘件的锻造。同时为相关大尺寸难锻造材料的锻造提供很好的借鉴。 

2、本发明锻造的一种Ti₂AlNb合金大尺寸盘件，化学成分和力学性能满足设计要求，尺寸余量能满足产品加工要求。为该材料在发动机上的推广应用奠定基础。 

具体实施方式

下面将对本发明做进一步说明。 

本发明是一种Ti₂AlNb合金大尺寸盘件的锻造工艺方法。具体的锻造工艺方法为： 

坯料到温装炉，保温时间冷料加热按0.3～0.4min/mm控制，热料回炉按0.1～0.2min/mm控制防止由于加热时间长导致的坯料中的B2晶粒尺寸的长大，盘件在6300吨以上的水压机上采用静压方法成型、每火次压下量40～60％，变形数率应在1×10^-1s^-1～5×10^-1s^-1之间、锻造前锤砧、压头需预热至200℃以上，并需在坯料的上下表面放置石棉保温毡、石棉保温毡厚度要求大于20mm。成型后的锻件经机械加工去除表面的氧化层和锻造缺陷。在电炉中整体进行固溶和时效处理。固溶温度980±10°C，固溶时间3～4小时，冷却方式油淬。时效温度800±10°C，时效时间20～30小时，冷却方式空冷。