[发明专利]一种适用于Ti-Al系金属间化合物等温锻造的包套方法

说明书

本发明涉及一种适用于Ti‑Al系金属间化合物等温锻造的包套方法，包括以下步骤：(1)包套预处理；(2)将Ti‑Al系金属间化合物坯料表面涂覆高温防氧化涂料；(3)在高温防氧化涂料保持湿润的状态下，将Ti‑Al系金属间化合物坯料装入包套，并在包套与Ti‑Al系金属间化合物坯料之间设置过渡层；(4)将包套焊接密封。与现有技术相比，本发明具有简单易用、生产效率高、劳动强度低，能有效防止Ti‑Al系金属间化合物变形过程中开裂、氧化，并减少坯料在转移过程中热量散失等优点。

技术领域

本发明属于Ti-Al系金属间化合物的热加工领域，尤其涉及一种适用于难变形合金等温锻造的包套方法和应用，具体涉及一种适用于Ti-Al系金属间化合物等温锻造的包套方法。

背景技术

金属间化合物兼具金属的塑性和陶瓷的高温强度，因此，被公认为是介于高温合金和陶瓷之间最有希望的新型高温结构材料，成为近年来重点开发应用的新型高温结构材料。Ti-Al系金属间化合物具有更低的密度、更高的高温性能和抗蠕变性能而备受关注。目前研究主要集中在Ti₃Al、TiAl和Ti₂AlNb基合金，其中，TiAl密度最低，高温蠕变性能好，但由于其室温塑性及断裂韧性差，限制了其实际应用。Ti₃Al和Ti₂AlNb基合金室温塑性和强度均高于TiAl，最高使用温度已达800℃，目前已经进入使用阶段。

TiAl基金属间化合物具有低密度、较高弹性模量、良好的高温强度、抗蠕变和抗氧化性能，使用温度可提高至750～900℃与镍基高温合金相近，但密度仅约为镍基高温合金的一半，在一定温度范围内作为高温结构材料是独一无二的，可应用于航空发动机或汽车的高温部件如涡轮盘、叶片、涡轮增压器轮、气门阀等，是极具竞争潜力的下一代航空发动机用结构材料之一。

Ti₂AlNb基合金是以正交有序结构O相为基础的金属间化合物，由于长程有序的超点阵结构减弱了位错运动和高温扩散，因此具有较高的比强度、室温塑性、断裂韧性和蠕变抗力，且具有较好的抗氧化性、无磁性等优点，该合金能在700～800℃范围内长时间使用，在高于1100℃的条件下可以短时间使用，是近年来Ti-Al系金属间化合物领域的研究热点。Ti₂AlNb基合金的发展目标是替代或部分替代现役的Incorn718、GH4169、In100等镍基高温合金及其他高密度结构材料，通过降低发动机自身的重量来提高推重比和效率，实现性能的提高，是制造发动机压气机机匣、燃烧室机匣、压气机轮盘及叶片等重要部件的主选材料。国外已经应用该合金成功制造了许多航空部件，其中，美国采用Ti₂AlNb基合金与铸造TiAl合金叶片组合成功制造了双金属离心叶轮；美国TEXTURE公司以Ti₂A1Nb基合金箔材为金属基与SiC纤维增强制做复合村料；我国Ti₂AlNb基合金的相关研发工作正从实验室研究向工业化生产及应用过渡，北京钢铁研究总院研制了Ti₂AlNb基合金卫星构件、导弹发动机部件及航空发动机机匣，其中导弹发动机部件已通过台架试车；在钣金成形方面，Ti₂AlNb基合金成功进行了特定构件超塑成形、热旋压成形、冷冲成形、热模压成形、以及筒形件的冷/热卷成形，其中热模压成形、以及筒形件的冷/热卷成形已应用于实际部件研制。

然而，TiAl、Ti₂AlNb基金属间化合物铸态晶粒尺寸较大，室温塑性差、高温变形抗力大，热加工性能较差，通过等温锻造细化显微组织、消除铸态缺陷，是提高Ti-Al系金属间化合物加工性能，改善室温塑性的有效手段，Ti-Al系金属间化合物变形温度范围窄易于开裂。Ti-Al系金属间化合物的热加工温度一般在900～1300℃范围内，在锻造过程中易发生氧化，而且不加包套裸锻过程中，材料容易出现鼓形，上下表面存在难变形区，材料外表面在双向拉应力作用下极易产生裂纹。

发明内容